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工件在加热和冷却过程中，由于表层和心部的冷却速度和时间的不一致，形成温差，就会导致体积膨胀和收缩不均而产生应力，即热应力。在热应力的作用下，由于表层开始温度低于心部，收缩也大于心部而使心部受拉，当冷却结束时，由于心部最后冷却体积收缩不能自由进行而使表层受压心部受拉。即在热应力的作用下最终使工件表层受压而心部受拉。这种现象受到冷却速度，材料成分和热处理工艺等因素的影响。
热处理设备的性能试验，真空热处理炉的性能试验项目比较多，额定功率的测定，对于电影不可调的真空炉，炉子的额定功率是在真空炉和工作真空度状态下接上额定电压时炉子达到额定温度的瞬间，根据功率表或者电压表和电流表读数的乘积，测得的功率，对于电压可调的真空炉，炉子的额定功率是在炉子空炉和工作真空度下达到额定温度的瞬间，用功率表测得的功率，测量时调节额定电压，以便使额定功率在允许的偏差范围内。
空炉升温时间的测定，真空炉空炉，处于室温，抽到极限真空度以后，对于电压不可调节的，接上额定的电压，对于电压可调的，接上额定功率的，测量各个炉达到额定温度时所需的时间空炉损耗功率的测定，真空炉在额定温度和工作真空度下，当其已经达到热稳定状态的时候，用电表测定炉子的耗电量除以时间，就可以得到了损耗的功率。
当冷却速度愈快，含碳量和合金成分愈高，冷却过程中在热应力作用下产生的不均匀塑性变形愈大，最后形成的残余应力就愈大。另一方面钢在热处理过程中由于组织的变化即奥氏体向马氏体转变时，因比容的增大会伴随工件体积的膨胀，工件各部位先后相变，造成体积长大不一致而产生组织应力。组织应力变化的最终结果是表层受拉应力，心部受压应力，恰好与热应力相反。组织应力的大小与工件在马氏体相变区的冷却速度，形状，材料的化学成分等因素有关。