锻件在热处理或热加工过程中产生的热应力和相变应力是两种常见的内应力，它们可能影响工件的尺寸稳定性、机械性能甚至导致裂纹或变形。
1. 热应力（Thermal Stress）
定义：由于锻件在加热或冷却过程中，表面与心部存在温度梯度，导致各部分膨胀或收缩不均匀而产生的应力。
产生原因：
加热时：表面温度高于心部，表面膨胀受心部限制，产生压应力；心部受拉应力。
冷却时：表面冷却快，先收缩并受心部限制，产生拉应力；心部受压应力。
特点：
与温度变化速率直接相关（冷却/加热越快，热应力越大）。
在单一相（如纯奥氏体区）也会产生。
可能导致锻件变形或开裂（尤其在冷却初期）。
2. 相变应力（Transformation Stress）
定义：由于锻件在冷却过程中发生固态相变（如奥氏体→马氏体、珠光体等），不同组织的比容（体积）差异导致的应力。
产生原因：
不同相变产物的体积不同（例如马氏体比容大于奥氏体）。
表面与心部相变不同步（如表面先形成马氏体，心部仍为奥氏体），相互约束产生应力。
特点：
与相变类型和速率相关（如马氏体转变的剧烈体积膨胀易导致高应力）。
通常叠加在热应力上，进一步增加开裂风险。
高碳钢或高合金钢（如模具钢）的相变应力更显著。
两者的区别与联系
特征 热应力 相变应力
根源 温度梯度 相变体积变化
产生阶段 加热/冷却全程 仅发生在相变温度区间（如Ar3以下）
影响因素 导热系数、冷却速率 相变类型、合金成分
典型后果 变形、热裂纹 淬火裂纹、组织不均匀
叠加效应 可能与相变应力共同作用 通常伴随热应力发生
实际影响与应对措施
热应力主导问题：
缓慢加热/冷却、阶梯升温（如退火）。
采用等温处理（如等温退火）。
相变应力主导问题：
选择合适淬火介质（如油淬代替水淬）。
预冷淬火（延迟表面马氏体转变）。
回火及时消除应力（尤其对马氏体钢）。
复合应力控制：
优化工艺（如分级淬火、亚温淬火）。
计算机模拟温度场和相变场（如Deform、JMatPro）。
理解这两种应力的本质有助于制定合理的热处理工艺，减少锻件缺陷。例如，大型锻件淬火时需平衡冷却速度（避免热应力裂纹）和相变充分性（避免软点），往往需要折中方案。
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