为了把组织应力与热应力分开，在研究热应力时，选择不发生相变的钢，例如奥氏体级钢，从加热温度直至室温均保持奥氏体状态。设加热温度为T0，均温（即心部与表面温度均达到T0）后迅速投入淬火介质中冷却，其心部和表面温度随着时间的延长下面分析其冷却过程中热应力的变化。

在时间τ0至τ1这段时间内，工件表面与淬火介质的温度差别很大，散热很快，因而温度下降得很快，设下降到T1；心部靠工件内部温差由热传导方式散热，温度下降很慢，设下降到T’1；心部和表面产生很大的温差T1-T’1，工件因温度下降导致体积收缩（冷缩）。表面部位温度低，收缩得多；心部温度下降得少，收缩得少。在同一工件上，因内外收缩量不同，则相互之间发生作用力。表面因受心部抵制收缩力而胀大，故表面产生张应力（也称拉应力）；而心部则相反，产生压应力。

当应力增大至一定值时，例如在τ1时刻，由于此时温度比较高，材料屈服强度比较低，将产生塑性变形，松弛一部分弹性应力，其表面和心部应力


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