在圓柱形試樣中，第二個(gè)因素使不銹鋼彎頭產(chǎn)生表面拉伸、中心部壓縮的殘余應(yīng)力。因此，它與第一、三兩個(gè)因素引起的應(yīng)力方向是相反的。
不銹鋼彎頭廠為了弄清熱應(yīng)力和相變應(yīng)力重迭的效果，用不銹鋼彎頭(0～30%Ni)試樣進(jìn)行了水淬試驗(yàn)。圖5.3示出這些不銹鋼彎頭試樣發(fā)生轉(zhuǎn)變的溫度和成分(Ni%)間的關(guān)系。它們水冷時(shí)的殘余應(yīng)力分布總括在圖5.4上。可以看出，含Ni 0～15%以及25%以上的不銹鋼彎頭，表面的殘余應(yīng)力是壓縮的，而在含Ni15～25%范圍，表面殘余應(yīng)力是拉伸的。熱應(yīng)力與相變應(yīng)力的作用恰是相互抵消的，在含Ni 15～25%的不銹鋼彎頭中，相變應(yīng)力超過(guò)了熱應(yīng)力。
與不銹鋼彎頭不同，結(jié)構(gòu)鋼和低碳鋼大多在熱應(yīng)力開(kāi)始反向之前就通過(guò)了生成馬氏體的溫度范圍。因此，在大多數(shù)結(jié)構(gòu)鋼和低碳鋼中，最后形成的是表面壓縮、中心部拉伸的殘余應(yīng)力。
也就是說(shuō)，它們的熱應(yīng)力一般大于相變應(yīng)力。
高碳鋼和高合金鋼，由于馬氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始溫度Ms點(diǎn)較低，所以，熱應(yīng)力反向之后才產(chǎn)生相變應(yīng)力，故相變應(yīng)力超過(guò)熱應(yīng)力，在表面形成大的拉應(yīng)力。這種表面殘留了殘余拉應(yīng)力的鋼，其表面對(duì)裂紋很敏感，不僅容易產(chǎn)生淬裂，在磨削與受腐蝕時(shí)還常有引起表面龜裂的危險(xiǎn)。
相變應(yīng)力和熱應(yīng)力重迭的效果，比勒等人用各種結(jié)構(gòu)鋼和低碳鋼圓柱形試樣進(jìn)行了研究。所得應(yīng)力的狀態(tài)可分為如圖所示的三種類(lèi)型。用薩克斯(Sachs)法測(cè)定應(yīng)力，不銹鋼彎頭在中心部開(kāi)孔，研究隨著孔徑增大，不銹鋼彎頭長(zhǎng)度和外徑的變化。
第一種，A型。不銹鋼彎頭外徑和長(zhǎng)度隨穿孔直徑的增加成直線(xiàn)關(guān)系，因此，在整個(gè)截面上軸向和切向的應(yīng)力分布都成直線(xiàn)形式，而且中心部的拉應(yīng)力與表面的壓應(yīng)力大小基本相等。在這種情況下，如果不銹鋼彎頭的屈服強(qiáng)度高，就會(huì)形成較大的殘余應(yīng)力。整個(gè)截面都淬硬了的不銹鋼彎頭，其殘余應(yīng)力分布就屬這種類(lèi)型。從回火溫度水冷下來(lái)的0.3%C碳鋼，其熱應(yīng)力也呈現(xiàn)同樣的分布形式。
第二種，B型。外徑和長(zhǎng)度的增加不是直線(xiàn)型的，是漸減型的。在這種情況下，應(yīng)力分布是中心部高于表面。它是在整個(gè)截面上組織相同，而不銹鋼彎頭的屈服強(qiáng)度低于產(chǎn)生的殘余應(yīng)力的情況下，產(chǎn)生的特有的應(yīng)力分布形式。也是還沒(méi)有相變的不銹鋼彎頭或從A1轉(zhuǎn)變點(diǎn)以下溫度快冷，即純粹為熱應(yīng)力時(shí)所特 有的應(yīng)力分布。
第三種，C型。是由于直徑很大，或者不銹鋼彎頭的淬透性低，故中心未淬硬（非淬透淬火）時(shí)形成的殘余應(yīng)力分布形式。在試樣中心，應(yīng)力分布變成馬鞍形，表面應(yīng)力大于中心應(yīng)力。這是因中心部未完全淬硬，中心部分材料的屈服強(qiáng)度低，因而比較容易在中心部引起塑性變形而產(chǎn)生的。