封头在加热、冷却阶段，因工件表层与芯部的降温速率、冷却时长存在差异，内部形成明显温差。温度不均会造成材料体积膨胀、收缩程度不一致，进而产生热应力。

冷却初期，封头表层温度低于芯部，表层收缩量更大，使得芯部处于受拉状态。冷却完成后，芯部最后完成体积收缩，形变受到表层约束无法自由释放，最终形成表层受压、芯部受拉的应力分布状态。

这类残余应力的大小，受冷却速度、材料成分及热处理工艺多重因素影响。冷却速率越快、钢材含碳量与合金元素占比越高，冷却过程中产生的不均匀塑性变形就越显著，工件最终留存的残余应力也会随之增大。