本文围绕着42CrMo钢船用曲拐热处理工艺的制订,首先探讨了42CrMo钢在不同加热条件下的晶粒长大规律及不同冷却条件下的组织演变。然后进行了末端淬火过程的数值模拟并进行了验证。最后模拟了船用曲拐的温度、晶粒大小、组织以及硬度在热处理过程中的分布规律。为了指导船用曲拐加热工艺的制订,利用DIL-805-ADT动态淬火/膨胀相变仪开展了42CrMo钢在不同加热温度和保温时间条件下的奥氏体化热模拟试验,采用截线法研究了42CrMo钢在不同奥氏体化条件下的奥氏体晶粒尺寸的演变规律。结果表明,42CrMo钢在加热到890～930°C区间时已经完全奥氏体化,保温过程中的晶粒生长属于正常生长,温度的影响较大,保温时间的影响较小,在保温过程中晶粒生长缓慢,晶粒尺寸与时间满足指数关系。通过线性回归得到晶粒长大的Beck模型参数,非线性回归得到Sellars和Anelli模型参数,结果表明在确定42CrMo钢热处理温度时推荐使用Anelli模型预测其奥氏体晶粒尺寸。为了指导船用曲拐冷却工艺的制订,利用DIL-805-ADT动态淬火/膨胀相变仪开展了42CrMo钢的连续冷却转变和等温转变实验,研究了42CrMo钢在不同冷却形式下的组织演变规律,绘制了42CrMo钢的CCT曲线和TTT曲线。连续冷却转变的研究结果表明,当冷却速度为0.1°C/s时,冷却产物为珠光体和铁素体的双相混合组织;当冷却速度为0.2～0.5°C/s时,冷却产物为珠光体、铁素体、贝氏体的三相混合组织;当冷却速度为1～4.3°C/s时,冷却产物为贝氏体和马氏体的双相混合组织,而且随着冷却速度的不断增加,马氏体组织含量也逐渐增多;当冷却速度大于5°C/s时,冷却产物为马氏体组织,因此可以推断42CrMo钢的马氏体转变的临界冷速在4.3～5°C/s之间。等温冷却转变的研究结果表明,当在320～540°C等温转变时,转变产物为贝氏体组织,而且贝氏体组织还存在转变不完全现象;当在560～720°C等温转变时,转变产物为珠光体和铁素体。建立了船用曲拐在热处理数值模拟过程中使用的传热模型、相变模型和硬度模型。然后使用材料性能软件JMat Pro计算了42CrMo钢的密度、比热容、导热系数和平衡状态下的奥氏体分解参数等基本参数。开展了末端淬火过程的数值模拟并验证了其准确性。温度结果表明,试样经过600 s喷淬后,试样顶端的温度为230°C,而试样底端的温度下降到了81°C,试样的上下温差为150°C,而且距离水冷端的位置越远,温度降低越慢。组织结果表明,模拟喷淬600 s后末端淬火试样的显微组织主要为马氏体、贝氏体以及铁素体的混合组织。硬度结果表明,硬度大小分布由组织分布所决定,在试样底端的硬度最大,能达到663 HV,在试样顶端的硬度最小,只有330 HV。末端淬火过程的计算结果与实验结果吻合较好。通过数值模拟技术预测了42CrMo钢船用曲拐在加热过程中的温度以及晶粒度变化,在冷却过程中的温度、组织以及硬度变化。结果表明,在加热过程中采用阶梯加热,曲拐各个位置的温度以及晶粒度大小差别很小。在冷却过程中,曲拐在圆环处的温度降低较快,在圆环处只存在马氏体和贝氏体两种组织;在曲拐臂处的心部温度降低较慢,存在着少量的铁素体组织。计算的曲拐的表面硬度较高能达到672 HV,心部硬度较低只有271 HV。