锤头在加热和冷却过程中，由于表层和心部的冷却速度和时间不一致，形成温差，就会导致体积膨胀和收缩不均而产生应力，即热应力。
       在热应力作用下，由于锤头表层开始温度低于心部，收缩也大于心部而使心部受拉。即在热应力的作用下最终使工件表层受压而心部受控。这种现象受到冷却速度、材料成分和热处理工艺等因素影响。当冷却速度越快，碳含量和合金成分越高，冷却过程中在热应力作用下产生的不均匀塑性变形越大，最后形成的残留应力就越大。
       另一方面，锤头在热处理过程中由于组织的变化即奥氏体向马氏体转变时，因此体积的增大会伴随锤头体积的膨胀，锤头个部位先后相变，造成体积长大不一致而产生组织应力。组织应力的大小与锤头在马氏体相变区的冷却速度、形状、材料的化学成分等因素有关。