热处理变形有两种类型：一是尺寸的变化，二是零件几何形状的变化。热处理技术不同，零件尺寸和几何形状的变形及防变形方法亦不相同。
热处理加热奥氏体化过程中，保温时间越长，温度越高，则溶入奥氏体的碳越多，马氏体转变时产生的膨胀越大。冷却时，马氏体膨胀最大，上贝氏体次之，下贝氏体和屈氏体的体积变化很小。低温回火时，马氏体发生收缩，收缩量与过饱和的碳含量成正比。在室温-200℃加热时，部分残余奥氏体会转变成马氏体，出现膨胀。但该膨胀因200℃附近马氏体发生分解，因此表现上变化不大。在常规热处理中，零件形状变化的主要原因是热处理加热和淬火时发生的热应力和相变应力。加热速度过快、相对于加热炉而言零件太大、零件各部分的温度不同，都会导致热变形。保温时，加工的残余应力会发生释放而产生变形，零件的自重也会导致变形。冷却时，由于零件不同部位的冷却速度不同，会形成热应力而使零件变形。即使冷却速度相同，冷却总是表面快，心部慢。因此，先相变的表面使未相变的心部发生塑性变形。如果材料中存在合金成分的偏析，或者表面脱碳，则相变应力更不均匀，更易导致零件变形。另外，如果零件厚薄不均，也会造成冷却速度不同。
在锻件的热处理中，减少变形的零件摆放方式，一是尽可能垂直吊挂，二是垂直放在炉底部，三是用两点水平支撑，支点位置处于全长的三分之一与四分之一之间，四是平放于耐热钢工装上。
在零件的冷却过程中，淬火介质的种类、冷却性能、淬硬性等与变形有关。冷却性能的变化可通过改变介质的黏度、温度、液面压力、使用添加剂、搅拌等进行调节。淬火油的黏度越高，温度越高，椭圆形变形越小。在静止状态下，变形较小。
以下几种方式可有效降低变形：①盐浴淬火；②高温油淬火；③QSQ法；④减压淬火；⑤一槽三段淬火。盐浴淬火和高温油淬火相似，都是在马氏体转变温度处淬火，使马氏体相变的均匀性增加。QSQ是双液淬火。减压淬火是通过降低淬火介质的液面压，从而延长蒸汽膜阶段，高温区的冷却速度下降，使零件各部分的冷却速度均匀。一槽三段淬火结构简单，首先将零件从淬火温度油冷至略高于Ms点的温度，随后出炉，在气氛中保持，使零件整体温度均匀，然后再油冷，使马氏体相变均匀进行，变形的不规则性得到极大的改善。
