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船用曲轴主轴颈是大型船舶发动机的关键零部件,其制造能力决定着国家造船技术水平的高低。S34MnV作为一种先进的船用曲轴材料,经过初加工、热处理及精加工后被广泛应用于曲轴制造。其中,热处理是加工过程的重要环节,可直接决定曲轴产品的生产质量。随着计算机、检测技术和控制理论的迅猛发展,传统热处理研究方法由于耗时长、成本高等缺点已经不能适应当前的发展,由此热处理模拟技术应运而生。本文基于传热学和材料学等理论,利用DIL-805AD/T动态热膨胀相变仪、真空气氛炉、OM光学显微镜、SEM扫描电镜、能谱成分扫描、XRD物相检测等手段对S34MnV钢的加热、保温及冷却过程的组织转变规律、相变动力学、晶粒长大等问题开展了重点研究,利用自制端淬试验设备进行了端淬实验,对数学模型进行了验证,同时利用经验证优化的数学模型对S34MnV钢传动轴锻件进行了数值模拟,对船用S34MnV钢的热处理工艺进行了有益探索。首先,本文研究了S34MnV钢的奥氏体化及奥氏体晶粒长大过程:利用DIL-805AD/T动态膨胀相变仪在不同加热速率下进行S34MnV的奥氏体化热模拟试验,测定了不同升温速率下的S34MnV奥氏体化膨胀曲线,通过切线法分析膨胀曲线确定了Ac1和Ac3温度点,拟合出了Ac1、Ac3与加热速率之间的函数关系以及S34MnV钢奥氏体化相变动力学参数,并且J-M-A动力学模型计算的转变量曲线与试验测得的转变量-时间曲线吻合良好;利用DIL-805AD/T动态膨胀相变仪在不同的加热温度和保温条件下进行S34MnV钢的奥氏体化热模拟试验,通过测定S34MnV钢的奥氏体平均晶粒尺寸深入分析了S34MnV钢奥氏体晶粒长大规律,通过拟合优化Sellars模型参数建立了S34MnV钢的Sellars晶粒长大模型,并且Sellars模型的计算结果与实测数据吻合较好。其次,本文研究了S34MnV钢过冷奥氏体的冷却分解过程:利用DIL-805AD/T动态膨胀相变仪在不同温度下进行S34MnV钢的等温冷却热模拟试验,测定了380～700°C温度区间的等温转变膨胀曲线,结合微观组织观察发现温度在600～700°C区间时为铁素体和珠光体相变、温度为380～530°C区间时为贝氏体相变,采用切线法和杠杆定律拟合膨胀曲线确定转变量,最终得到了S34MnV钢的等温转变曲线（TTT）,发现鼻尖温度大致为400°C,拟合了珠光体和贝氏体相变的J-M-A方程的参数k和n,同时J-M-A方程计算的相变量分数-时间曲线与实验所得吻合良好;利用DIL-805AD/T动态膨胀相变仪在冷却速率下进行S34MnV钢的连续冷却热模拟试验,测定了S34MnV钢不同冷速下的相变膨胀量,分析膨胀曲线和微观组织,可以知道钢的冷却速率≤0.08°C/s时为铁素体和珠光体相变、冷却速率在0.8～2°C/s区间时为珠光体和贝氏体相变、在8°C/s～15°C/s区间时为贝氏体和马氏体相变、冷却速率为≥30°C/s后均为马氏体转变,采用切线法拟合确定得到Bs=580°C,Ms=354°C和Mf=229°C等相变温度,根据得到的S34MnV钢的连续冷却转变曲线（CCT）修正了Li模型以及拟合了K-M方程,得到了S34MnV钢在连续冷却过程中奥氏体分解动力学模型,并且通过验证模型计算的CCT曲线与实验所得吻合较好。接着,本文进行了S34MnV钢的末端淬火及回火试验研究:利用自制末端淬火试验装置和真空气氛炉进行了S34MnV钢的末端淬火试验,深入分析了S34MnV钢硬度、显微组织和距淬火端距离之间的关系,结果显示淬火端硬度最高（约为55.2HRC）,硬度随距离淬火端的距离增加逐渐降低至平均值29HRC左右,结合微观组织依次为M→B→P→F连续变化的观察结果,确定了15mm处为半马氏体区,即淬透层为15mm。利用自制末端淬火试验装置和真空气氛炉进行了S34MnV钢端淬后的回火试验,分析了端淬后回火的S34MnV钢显微组织类型、形貌和分布以及组织与性能的关系,结果显示S34MnV钢500°C回火后的组织为回火M+上B+回火T。然后,本文进行了S34MnV钢末端淬火试验的数值模拟研究:通过系统梳理和分析S34MnV钢热处理模拟过程中的关键数学模型,采用JMat Pro材料性能计算软件计算了S34MnV钢的密度、比热容、热导率、相变潜热等材料热物性参数;并利用ABAQUS子程序进行二次开发,将温度场、晶粒尺寸、组织场和硬度等模型用Fortran语言程序代码嵌入ABAQUS有限元软件进行数值模拟,得到了S34MnV端淬过程中的温度、组织、硬度等模拟结果,并用端淬实验结果充分证明了数学模型的可靠性。最后,本文进行了船用S34MnV钢传动轴锻件热处理过程的数值模拟研究:利用已建立的数学模型对S34MnV钢船用传动轴大锻件进行了数值模拟,预测了S34MnV钢传动轴锻件加热和保温过程中的温度变化情况以及奥氏体晶粒长大情况,结果显示保温时间为9000s时,整个锻件温度分布和晶粒尺寸的模拟结果最均匀;预测了S34MnV钢传动轴锻件喷水淬火冷却过程中温度变化、组织变化情况以及冷却后锻件的硬度分布,结果显示由表面到心部硬度值逐渐下降,其中表面及表面附近主要为硬度达550HV的马氏体层,距离表层较远处为贝氏体层,最后心部为硬度约190HV的珠光体+铁素体区。