残留应力是指没有外力作用下，在物体内部为了保持平衡而残留存在的应力。残留应力可以分为三种[39]：其一为宏观残留应力，它是整个工件内相互平衡的残留应力，产生的原因是力、温度、材料成分和性能不一致性，而使工件内各部分受力、热作用产生塑性变形不均匀而引起的；其二为晶粒范围内平衡的残留应力，又称为晶体残留应力，只存在于多晶体金属中，是由于各晶粒变形程度不同而产生的；第三种残留应力是在原始晶胞内平衡的残留应力，是因工件受到冷作硬化而产生的。残留应力是因为工件表面附近的非均匀塑性变形引起的。磨粒与工件的挤压干涉产生塑性流动应力。具体而言，工件表面残留应力的产生原因主要包括以下三个方面[41-43]。（1）冷态塑性变形。工件进行磨削加工时，表面层受到磨削力的作用，产生冷态塑性变形。（2）热态塑性变形。在磨削过程中，磨削温度很高，引起工件表面层材料出现热膨胀，而里层材料温度较低，因此表面层的热膨胀受到里层冷金属的阻碍而产生热压缩应力。如果表层材料的温度超过材料的弹性变形范围，则会产生热塑性变形。磨削结束后，由于冷却作用使得表层材料收缩，随着温度下降到弹性变形范围，将受到里层温度相对较高的“热”材料的阻碍而产生残留拉应力，里层材料则产生残留压应力。磨削温度越高，其热态塑性变形越大，则表面层产生的拉应力就越大。（3）金相组织变化。对于同一种金属材料，不同的金相组织的密度是不同的，其质量体积也不相同，一般来说密度小的金相组织质量体积大，而密度大的金相组织质量体积小。金属的金相组织发生变化后其密度也会改变，则其体积也会变化。工件在磨削时，当表层材料温度超过其相变温度Ac1时，如果体积增大出现膨胀现象，则会受里层材料的限制，因而表层材料产生残留压应力；如果其体积缩小而出现收缩现象，则表层材料会产生残留拉应力。加工淬火钢时，当表面温度超过Ac1，如果迅速冷却，则表层材料转变为二次淬火马氏体，体积增大，并产生残留压应力；如果不是急速冷却，马氏体组织会转变为索氏体或托氏体，体积缩小，产生残留拉应力。实际上，磨削加工后表面层的残留应力是冷态塑性变形、热塑性变形和金相组织变化这三者综合作用的结果。
磨削加工会引起已加工表面附近的残留应力，这将严重影响材料的力学性能。一般来说，残留拉应力对零件的力学性能与使用性能是有害的，而残留压应力则是有利的。残留拉应力主要是由于热应力热应变以及热梯度引起的，磨削区内工件表层的热膨胀受到次表面冷金属的制约，从而在工件表层产生压缩性的热应力，如果该热应力值足够大，就可能引起压缩性塑性流动。当磨削热源消失后，冷却过程中塑性变形材料与更多的次表面材料接触，由于材料的连续统一性要求就迫使工件表层产生残留拉应力。为了保证力学平衡，残留压应力将在材料深层生成，但应力值要远远小于残留拉应力。在磨削的加热和冷却过程中，由于金相组织转变引起的残留应力形成过程非常复杂，而且还常常伴随体积的变化。在磨削生产过程中，残留应力一般为拉应力，说明拉应力的出现主要是因为热损伤引起的，对零件的机械强度有不利影响，而残留压应力普遍被认为有利于工件的力学性能。(www.xing528.com)
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