熱處理工序，特別是最終的熱處理工序，是決定零件的組織與性能的。對大鍛件而言，組織和性能要求非常高,而且是各式各樣的。如軋鋼機上的大型支承輥，要求表面淬硬，以保證有高的耐磨性,對心部則要求有較高的強韌性綜合指標(biāo)，以便能抗沖擊載荷。為達到此目的，先調(diào)質(zhì)處理,得到強韌性較好的索氏體組織，然后再采用差溫?zé)崽幚?，即在表面一定深度?加熱到奧氏體化溫度以上,使之轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，再急冷，使表面形成耐磨的馬氏體或貝氏體組織;而心部仍保持強韌性較好的索氏體組織。又如大型火電機組的轉(zhuǎn)子，要求有很好的強韌性，特別要求心部也有很低的FATT值。這就要將鍛件全部加熱到奧氏體化溫度以上，要求熱透，然后采用急冷、深冷工藝，力爭心部也淬透。

       熱處理過程不論加熱,還是冷卻,在工件中都有一個傳熱過程，工件表面和心部自然會有一個溫度差。工件內(nèi)部各點溫度不一樣，膨脹量就不一樣，而物體要保持連續(xù)完整性，則在各質(zhì)點間產(chǎn)生附加的內(nèi)應(yīng)力，是為熱應(yīng)力（或稱為溫度應(yīng)力）。同時，由于溫度分布不均勻，而且各質(zhì)點溫度變化速率(加熱速率或冷卻速率)也不一致，因此發(fā)生組織轉(zhuǎn)變的時間和轉(zhuǎn)變量多少也不一致，由組織轉(zhuǎn)變產(chǎn)生體積變化童也不一致，這也會產(chǎn)生質(zhì)點間的附 加內(nèi)應(yīng)力，是為組織應(yīng)力。通常將溫度應(yīng)力和組織應(yīng)力統(tǒng)稱為熱處理的內(nèi)應(yīng)力。冷卻到最后保留下來的內(nèi)應(yīng)力稱為熱處理的殘余應(yīng)力。一般說來，熱處理的內(nèi)應(yīng)力是有客的，但往往又是不可避免的。鍛件越大，冷速越快，則內(nèi)應(yīng)力也越大，嚴(yán)重時可導(dǎo)致淬火時開裂,或使零件早期失效。如何做到既能保證嚴(yán)格的性能要求,又能使殘余應(yīng)力盡可能的小，則是制定工藝和控制生產(chǎn)至關(guān)重要的問題。

       為能制定合理的、優(yōu)化的工藝方案，就需要對熱處理過程的規(guī)律有淸楚的了解。熱處理過程是復(fù)雜的。有溫度、組織、應(yīng)力應(yīng)變的變化，變化是不均勻的，而且相互影響。

       1.溫度對組織的影響。溫度的具體值和冷卻速率決定工件該部位是否發(fā)生組織轉(zhuǎn)變？變成什么組織（馬氏體，貝氏體等)？轉(zhuǎn)變量的多少。組織不同，熱物性參數(shù)、力學(xué)性能參數(shù)不同。

       2.組織對溫度的影響。主要是發(fā)生組織轉(zhuǎn)變時，會吸收或放出潛熱， 而影響溫度分布和熱傳導(dǎo)過程。

       3.溫度對應(yīng)力的影響。是指由于鍛件內(nèi)溫度分布不均，各質(zhì)點膨脹量不同而產(chǎn)生熱應(yīng)力。

       4.應(yīng)力對溫度的影響。是指由應(yīng)力引起變形而做的功，部分會轉(zhuǎn)化成熱能，而影響溫度分布和傳熱過程。一般認(rèn)為熱處理過程產(chǎn)生的變形很小，這部分可略去不計。

       5.組織對應(yīng)力的影響。如前所述，由于工件內(nèi)部溫度分布不均勻，冷速不一致，導(dǎo)致組織轉(zhuǎn)變不能同步進行，而產(chǎn)生組織應(yīng)力。此外，實驗中還發(fā)現(xiàn)，在組織轉(zhuǎn)變過程中施加載荷，盡管載荷應(yīng)力沒有達到屈服點，仍會有一定塑性變形貴，稱為相變塑性。

       6.應(yīng)力對組織的影響。實驗表明，當(dāng)知料進行等溫轉(zhuǎn)變時，加載荷比無載荷時,可縮短孕育期和完全轉(zhuǎn)變時間。即在應(yīng)力作用下，可改變組織轉(zhuǎn)變的初始轉(zhuǎn)變時間和終止轉(zhuǎn)變時間(對等溫轉(zhuǎn)變而言）。或改變初始轉(zhuǎn)變溫度及終止轉(zhuǎn)變溫度和臨界冷卻速度(對連續(xù)轉(zhuǎn)變而言）。

       像熱處理這樣復(fù)雜的物理過程，若想從理論上準(zhǔn)確描述，應(yīng)是溫度場、組織場和應(yīng)力場三者耦合求解。用傳統(tǒng)的解析方法求解，幾乎是不可能的。過去能做到的只是局部求解溫度場或熱應(yīng)力，在相對比較簡單的情況下可得解。與實際情況距離較大。

       用實物測試的方法也很困難。溫度場可以進行動態(tài)測量，要在工件上鉆孔，埋熱電偶，雖可測教溫度變化過程，但只是有限幾個點，且工件遭到破壞。而組織狀態(tài)和應(yīng)力分布，則只有冷到室溫后，測最后的表面上的值，若求內(nèi)部分布情況潘將工件解剖。在熱處理進行過程中是無法進行組織狀態(tài)和應(yīng)力應(yīng)變的測賁的。這樣做人力、物力、財力花費很大，所得結(jié)果仍有很大的局限性。