工件淬火時，在工件內部會產生不同的內應力，在這些內應力的作用下，工件可能會產生畸變和開裂的現象。畸變包括工件形狀（如彎曲）的變化和尺寸（如直徑增大或減小）的變化。

導致淬火工件畸變和開裂的原因，是工件自高溫急速冷卻引起的溫度變化和組織轉變而產生的內應力，按其形成原因可分為熱應力和組織應力兩種。

(1)熱應力。工件在加熱和冷卻過程中，由于各部分之間存在溫差，所造成的熱脹冷縮先后不一致而產生的內應力，稱為熱應力。零件自高溫冷卻時要收縮。淬火時，工件表面和薄處比心部和厚處冷得快，先收縮，表面對尚未冷卻的心部產生壓應力，表面受心部的拉應力。隨著溫度的降低，心部開始收縮，對表面產生壓應力，心部本身受到表面的拉應力。這樣由于各部分的收縮先后不一，互相制約，便產生了熱應力。

鋼件淬火時由于冷卻速度很快，使體積收縮十分劇烈，因而產生的熱應力也很大。在單純熱應力的作用下，會使軸類工件收縮，直徑增大；扁平工件厚度增加；使有棱角的工件的棱角會變成小圓角，見表3-25。

對熱應力大小的影響因素，主要是溫度差和鋼的化學成分，其次是冷卻速度、加熱溫度、工件截面積的大小、工件的形狀、金屬性能（塑性、熱膨脹系數及熱導率）也有一定影響。

(2)相變應力。由于組織轉變的不同時性和不一致性而形成的內應力，稱為相變應力。在熱處理過程中，工件各部分（如表面和心部、薄處與厚處）冷卻速度不一致，因而組織轉變不可能同時進行。由于馬氏體的比體積比奧氏體的大，當奧氏體轉變為馬氏體時，體積必然膨脹。淬火時，工件薄處比厚處冷卻速度快，先冷到Ms點以下并轉變為馬氏體；同樣，表面比心部冷卻速度快，先冷到Ms點以下并轉變為馬氏體。馬氏體組織轉變的不同時性，使各部分的體積變化互相制約，從而產生相變應力。

此外，當工件心部的冷卻速度小于臨界冷卻速度、工件沒有淬透時，心部則形成比體積較小的珠光體類（或托氏體）組織，而表面為比體積最大的馬氏體。這種組織轉變的不一致性也會產生相變應力。一般說來，鋼的碳含量越高，淬火時產生的相變應力越大，引起的畸變就越大；淬透的工件比沒淬透的畸變更大。

相變應力既可使工件發生形狀變化，也可使工件發生尺寸的變化。在單純相變應力的作用下，會使軸類工件長度增加，直徑縮小；使有棱角的工件的棱角變得更尖銳。

工件在淬火過程中，既有熱應力，又有相變應力。兩種應力的相互作用，可能抵消或部分抵消，也可能相互疊加而產生更大的應力。在淬火過程中，某一瞬間兩種應力的綜合作用大于鋼在該瞬間的屈服強度時，就會產生畸變；而當兩種應力的綜合作用超過鋼的強度極限時，則引起工件開裂。