熱處理應力主要可以分為熱應力和組織應力兩種，工件的熱處理畸變是熱應力和組織應力綜合作用的結果。熱處理應力在工件內存在的狀態(tài)及其引起的作用是有所不同的。因加熱或冷卻不均勻而造成的內應力稱為熱應力；因組織轉變的不等時性所造成的內應力稱為組織應力。另外，因工件內部組織轉變的不均勻而引起的內應力稱為附加應力。熱處理后工件的最終應力狀態(tài)及應力大小取決于熱應力、組織應力及附加應力之和，稱之為殘留應力。

工件在熱處理時形成的畸變與裂紋，就是這些內應力綜合作用的結果。同時，在熱處理應力的作用下，有時會使工件的某一部分處于拉應力狀態(tài)，而另一部分處于壓應力狀態(tài)，有時可能使工件內部各部分的應力狀態(tài)分布十分復雜。對此，應根據實際情況加以分析。

1.熱應力

熱應力是熱處理過程中，工件的表面與中心或薄的部位和厚的部位之間因加熱或冷卻速度的不同導致體積脹縮不均而產生的內應力。通常，加熱或冷卻速度越快，產生的熱應力越大。

2.組織應力

由相變引起的比體積變化的不等時性所產生的內應力稱作組織應力，組織應力又稱相變應力。通常，組織結構轉變前后其比體積越大、各部位轉變的時間差越大，則組織應力也越大。

3.附加應力

工件在熱處理過程中，除了能夠形成熱應力與組織應力外，因工件表面與中心處組織的不均勻性以及工件內部的彈性畸變不一致也能形成內應力，稱之為附加應力。例如，工件表層的增碳或者脫碳，表面淬火或局部淬火以及其他能夠導致工件表面和中心處組織不均的因素，均能夠產生熱處理的附近應力。

（1）表面淬火或者局部淬火時形成的附加應力  

局部淬火或者表面淬火（如感應淬火、火焰淬火和激光淬火等）時，僅在被淬火的部分形成馬氏體組織，沒有淬火的部分仍是原始組織，從而導致整個工件上比體積的差別。此時，因工件表層馬氏體使比體積增大引起的膨脹受到中心部分的限制，使表面受到壓應力，中心受到拉應力的作用。

（2）滲碳淬火時形成的附加應力  

滲碳工件淬火時，因其表層含碳量較高，內部含碳量低（鋼材的原始含碳量），則表層與心部的相變溫度（即Ms點）不同（表層較心部的相變溫度低）。因此，內部首先發(fā)生組織轉變而膨脹。這時表層組織仍為奧氏體，仍處于塑性狀態(tài)。初期表面受到拉應力的作用，心部受到壓應力作用。因表層的塑性極好，在拉應力作用下易發(fā)生塑性畸變而導致應力松弛，即其應力值有所減小。隨后，待高碳的表層也發(fā)生馬氏體轉變而膨脹時，表層與中心的應力正好相反，即表面是壓應力，心部是拉應力。

4.殘留應力

熱處理時只要伴隨有相變過程，熱應力與組織應力將同時產生。工件的最終應力狀態(tài)取決于熱應力、組織應力及附加應力之和。熱處理后最終保留下來的內應力，叫做殘留應力。其分為殘留拉應力（以“+”表示）與殘留壓應力（以“－”表示）。