Sau khi ủ, thường hóa, làm nguội, ram và xử lý nhiệt biến tính bề mặt, quá trình rèn có thể gây ra biến dạng do xử lý nhiệt.

Nguyên nhân gốc rễ của sự biến dạng là ứng suất bên trong của vật rèn trong quá trình xử lý nhiệt, nghĩa là ứng suất bên trong của vật rèn sau khi xử lý nhiệt vẫn còn do sự chênh lệch nhiệt độ giữa bên trong và bên ngoài và sự khác biệt trong quá trình chuyển đổi cấu trúc.

Khi ứng suất này vượt quá giới hạn chảy của thép tại một thời điểm nhất định trong quá trình xử lý nhiệt, nó sẽ gây ra sự biến dạng của sản phẩm rèn.

Ứng suất bên trong sinh ra trong quá trình xử lý nhiệt bao gồm ứng suất nhiệt và ứng suất thay đổi pha.

1. Ứng suất nhiệt
Khi rèn được nung nóng và làm nguội, nó đi kèm với hiện tượng giãn nở vì nhiệt và co lại vì lạnh. Khi bề mặt và lõi của rèn được nung nóng hoặc làm nguội ở tốc độ khác nhau, dẫn đến chênh lệch nhiệt độ, sự giãn nở hoặc co lại của thể tích cũng khác với bề mặt và lõi. Ứng suất bên trong do sự thay đổi thể tích khác nhau do chênh lệch nhiệt độ gây ra được gọi là ứng suất nhiệt.
Trong quá trình xử lý nhiệt, ứng suất nhiệt của vật rèn chủ yếu biểu hiện như sau: khi vật rèn được nung nóng, nhiệt độ bề mặt tăng nhanh hơn lõi, nhiệt độ bề mặt cao và giãn nở, nhiệt độ lõi thấp và không giãn nở, lúc này xuất hiện ứng suất nén bề mặt và ứng suất kéo lõi.
Sau khi nung nóng, nhiệt độ lõi tăng lên và quá trình rèn nở ra. Tại thời điểm này, quá trình rèn cho thấy sự giãn nở thể tích.
Làm nguội phôi, bề mặt nguội nhanh hơn lõi, bề mặt co ngót, nhiệt độ cao của lõi để ngăn ngừa co ngót, ứng suất kéo trên bề mặt, lõi tạo ra ứng suất nén, khi làm nguội đến nhiệt độ nhất định, bề mặt đã lạnh không còn co lại nữa, và lõi làm nguội xảy ra do sự co lại liên tục, bề mặt là ứng suất nén, trong khi lõi của ứng suất kéo, ứng suất ở cuối quá trình làm nguội vẫn tồn tại trong các sản phẩm rèn và được gọi là ứng suất dư.

2. Ứng suất thay đổi pha

Trong quá trình xử lý nhiệt, khối lượng và thể tích của sản phẩm rèn phải thay đổi vì khối lượng và thể tích của các cấu trúc khác nhau là khác nhau.
Do chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt và lõi của vật rèn nên quá trình chuyển đổi mô giữa bề mặt và lõi không kịp thời, do đó khi khối lượng và thể tích bên trong và bên ngoài thay đổi khác nhau sẽ sinh ra ứng suất bên trong.
Loại ứng suất bên trong này gây ra bởi sự khác biệt trong quá trình chuyển đổi mô được gọi là ứng suất thay đổi pha.

Khối lượng thể tích của các cấu trúc cơ bản trong thép tăng dần theo thứ tự austenit, perlit, sostenit, troostit, hypobainit, martensite ram và martensite.
Ví dụ, khi tôi và làm nguội nhanh vật rèn, lớp bề mặt chuyển từ austenit thành mactenxit, thể tích giãn nở, nhưng lõi vẫn ở trạng thái austenit, ngăn cản lớp bề mặt giãn nở. Do đó, lõi vật rèn chịu ứng suất kéo, trong khi lớp bề mặt chịu ứng suất nén.
Khi tiếp tục nguội đi, nhiệt độ bề mặt giảm xuống và nó không còn giãn nở nữa, nhưng thể tích của lõi tiếp tục giãn nở khi nó chuyển thành martensit, do đó nó bị bề mặt ngăn cản, do đó lõi phải chịu ứng suất nén và bề mặt phải chịu ứng suất kéo.
Sau khi làm nguội nút thắt, ứng suất này sẽ vẫn nằm bên trong vật rèn và trở thành ứng suất dư.

Do đó, trong quá trình tôi và làm nguội, ứng suất nhiệt và ứng suất chuyển pha là ngược nhau, và hai ứng suất còn lại trong quá trình rèn cũng ngược nhau.
Ứng suất kết hợp của ứng suất nhiệt và ứng suất thay đổi pha được gọi là ứng suất bên trong làm nguội.
Khi ứng suất bên trong còn lại trong quá trình rèn vượt quá giới hạn chảy của thép, phôi sẽ bị biến dạng dẻo, dẫn đến biến dạng rèn.

(từ:168 rèn ròng)