Формирование временных термических и фазовых напряжений и, как их следствие, остаточных напряжений предпочтительнее рассмотреть последовательно: сначала временные термические и остаточные, а затем совместно все выше названные термические и фазовые напряжения.
Одной из основных причин возникновения остаточных напряжений при любом технологическом процессе (обработке давлением, резанием, сварке, термообработке и др.) является неоднородная пластическая деформация по сечению тела (в его объеме). Другой причиной появления остаточных напряжений в отливках является неодновременное затвердевание.
Имея в виду названные факторы, рассмотрим процесс возникновения остаточных напряжений на примере трехзвенной усадочной решетки с соотношением площадей поперечных сечений толстого и тонких стержней. Решетка отлита из сплава, не претерпевающего фазовых превращений, например из аустенитного чугуна. Как правило, для получения качественных фасонных отливок основную роль играют перепады температур нагрева отдельных элементов. Перепады же температуры по сечению каждого из элементов, в том числе и сечению элементов решетки, невелики, и ими можно пренебречь.
Напряжения возникают в процессе силового взаимодействия стержней решетки, начало которого в свою очередь связано с образованием на толстом стержне сплошной твердой корки. К этому моменту уже появилась разница температур стержней. По мере охлаждения отливки возникшие напряжения (растягивающие в тонких стержнях и сжимающие в толстом) продолжают расти, и это происходит до тех пор, пока разность температур не достигнет своего максимума. Период возрастания напряжений назовем периодом. Затем разность температур начнет уменьшаться, и напряжения в системе также начнут уменьшаться, и в момент времени т0 они будут равны нулю. Система разгрузится от напряжений (это соответствует 1 периоду). При дальнейшем охлаждении в каждом элементе возникают напряжения с обратным знаком (по сравнению с периодом 1). Новые напряжения будут возрастать до полного охлаждения отливки (3 период) и остаются в ней: в толстом стержне — растягивающие, в тонких — сжимающие. Остаточные напряжения возникают из-за разности температур В начальный момент и вследствие неодинаковых пластических деформаций в толстом и тонком стержнях, происходящих в 1 и 2 периодах.