工件在加热和冷却过程中会发生热胀冷缩的体积变化，以及因A→M转变时比体积的突然增大而产生的体积膨胀。马氏体形成时的体积变化与马氏体中的含碳量有关（表13-1），钢中含碳量越多，则形成马氏体时的比体积变化越大（即膨胀量越大）。
由于热传导过程中工件表面比心部先加热或先冷却，在截面上各部分之间产生温差，导致钢件表面和心部不能在同一时刻发生上述体积变化，各部分体积变化的相互牵制便形成内应力。工件截面上的温差越大，组织转变的不等时性越大，内应力也就越大。在淬火过程中内应力是不断变化着的瞬时应力，即随温度变化和组织转变的进程而不断地改变其大小、方向及分布状态。淬火冷却后，尚未松弛而残留下来的应力即为残余内应力。
马氏体中的第二类、第三类内应力只是产生局部性的显微开裂和显微应力场，并不直接造成宏观开裂，只有在第一类内应力作用下才能发展为宏观裂纹。
工件各部位间残存的内应力包括四种基本应力，即急冷热应力、急冷相变应力、急热热应力以及表面硬化层与心部组织不同而产生的内应力。其中，急冷热应力最终使表面受压、心部受拉，它难以引起工件开裂；急冷相变应力最终使表面受拉、心部受压，这种拉应力易导致工件淬火开裂[15]。(www.xing528.com)
当工件心部已淬透时，不同含碳量的铬钢棒水淬时的内应力分布如图14-17所示[16]。从图中可见，心部受压应力，表面也受压应力，而中心与表面之间的中间地带拉应力有极大值。此极大值随C％增加而趋近于表面，即高碳钢淬火后在距表面不远的地方出现强烈的相变应力型分布。这时若工件表面附有蒸汽泡或被工夹具接触，妨碍了冷却，则热应力型影响变小，在该局部区出现较大拉应力，并容易以此为起点导致开裂。
图14-17 各种含碳量的铬钢棒（ϕ18mm）从850℃水淬时的应力分布
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