钢件的热处理畸变首先是因相变组织比容变化导致的体积改变，其次是热应力和组织应力引起的形状变化，还有工件形状不对称、厚薄不匀、炉内摆放装卡不善引起的意外畸变。钢件最大畸变发生在淬火冷却过程，可见热处理畸变的复杂性。零件畸变包括形状和尺寸变化，是热处理过程中难以避免的缺陷。畸变影响零件精度，增加精加工工时和余量，过度畸变会造成报废。尽量减少畸变是热处理工作者一贯追求的目标。当然，热处理畸变不只是热处理的问题，材料选用不当，零件结构不合理，铸锻毛坯和机加工残留应力都会助长钢件热处理畸变。因此，减少畸变是一个需综合治理的课题。
（1）整体淬火畸变 钢中各种相的比容列于表3-32。表3-33所列为碳钢组织转变引起的体积和尺寸变化。钢件淬火冷却时，只有球形件不发生形状变化。球形和圆柱件的不均匀冷却使得工件若不进行旋转，圆截面会变成椭圆（图3-133）。如图3-134所示，长棒状、条状零件单面从上部冷却时，上部先冷，下部尚热，圆棒向上弯，最后全部冷却向下弯。在热应力作用下畸变的规律是最后冷却方向的尺寸缩小。图3-135所示为在热应力作用下，几种简单形状工件经多次加热和冷却后的形状变化。在组织应力作用下的畸变规律是在最后冷却方向的尺寸增大。图3-136所示为在组织应力作用下，几种简单形状物体经多次加热和冷却后的形状变化。
图3-131 以不同角度对齿轮根部喷丸的表层残留应力分布（节圆直径φ50mm，m=3）
a）从30°、60°、90°方向测定残留应力的位置 b）从上列方向测定出的齿根残留应力分布
图3-132 渗碳淬火回火齿轮旋转、垂直方向喷丸后左右齿面表层残留应力分布（节圆直径φ50mm，m=3）
表3-32 钢中各种相的比容
表3-33 碳钢组织转变引起的体积和尺寸变化
图3-133 形体不均匀冷却变形
图3-134 薄片、圆棒单面冷却变形
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图3-135 热应力引起简单形状物体的变形
a）原始形状 b）多次加热和冷却后的形状
图3-136 组织应力引起简单形状物体的变形
a）淬火前 b）多次淬火后
（2）钢的碳含量影响 低碳钢淬火组织应力很小，形状变化主要由热应力支配，圆棒变化趋势是高度减小，中部直径增大。随着碳含量增加，组织应力影响增强，高度增加，中部直径减小。碳含量达0.8%（质量分数）时，发生反向改变，中部直径增大，高度减小。这是由于马氏体转变点随碳含量增加而降低，使热应力影响加大，此时表面和心部温差减小，塑性变形抗力增加，组织应力影响显著减少。
（3）淬透性影响 通常淬透性对钢淬火形状变化影响不大，因为奥氏体-马氏体转变只在表面层下一定深度发生瞬间组织应力，但提高钢淬透性会增大体积变化，即增加钢件所有尺寸。如果合金元素含量足够高，会使马氏体转变点降到很低，并提高残留奥氏体量，则组织应力显著减少。在奥氏体钢中仅存在热应力。
（4）冷却速度影响 冷速对钢件淬火畸变影响很大。中碳钢在高冷速下淬火，表层马氏体相变时，内外温差大，心部仍在塑性状态，很容易受表层影响发生变形。在水中淬火组织变形增加，工件尺寸变化大。在油中淬火，热变形占优势，主要引起工件形状变化。
（5）渗碳件淬火畸变 浅层渗碳组织变形占优势，主要引起体积变化。渗层增加到一定程度，使马氏体转变温度明显降低，淬火中转为热变形占优势，钢件主要发生形状变化。
（6）渗氮件畸变 钢件渗氮时，由于温度低，心部组织基本不变化，故畸变较小。渗氮件氮在α-Fe中形成间隙固溶体，表层形成氮化物，还伴随有体积膨胀。一般有渗层4%～6%的尺寸增大。尺寸增大值ΔZ（μm）的粗略计算可依照以下公式：
式中 C——500℃渗氮材料的温度常数（工业纯铁C≈0.5，Cr-Mo-V钢C=1.3～1.4，Cr-Al-Mo钢C=1.5～1.6，铸铁C=1.3～1.6，450℃渗氮C减半，550℃渗氮增加一倍）；
τ保——在渗氮温度下的保持时间（h）；
τ减——有效渗氮时间减值，例如去钝化时间（h）；
a——常数，对碳钢a≈1。
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