大型船用曲轴是船舶发动机的重要组成部分,由主轴颈和曲拐两部分构成。主轴颈在热处理中会因内应力而发生变形,该部件一旦发生损坏,会对发动机其他部位的零件造成一定的影响,进而影响到发动机的稳定工作。因此,主轴颈的制造工艺必须符合标准规范的严格要求。随着科技发展,仿真技术日益成熟,尤其在发动机零部件设计中得到了较多的应用。本文主轴颈的原材料为S34Mn V钢,为得到温度、相变和应力影响在内的多场耦合模拟,有必要量化应力对相变塑性和相变动力学的影响,并推导出相应的数学模型。本文首先对船用主轴颈进行了简单的介绍,阐述了国内外热处理过程的数值模拟发展历程,理论部分着重介绍了传热、组织与应力计算模型的基本原理。采用Gleeble-3500型热模拟机,通过不同拉/压应力下的膨胀实验研究了S34Mn V钢马氏体体积变化。从总应变中提取弹性应变、热应变和相变应变,对实验数据进行了综合分析,确定了Greenwood-Johnson马氏体相变模型中的相变塑性系数和Koistinen-Marburger方程中的相变动力学参数与应力的关系。利用JMat Pro软件计算了S34Mn V钢的各个物性参数,并利用ABAQUS软件建立了主轴颈淬火过程中的轴对称传热模型,在热处理过程中考虑了S34Mn V钢的热物性参数随温度的变化及相变潜热的释放,采用高级语言编程编写了相关程序代码。在热处理过程中采用水淬和水空交替淬火两种淬火方式,同时给出每一种淬火方式下的主轴颈在任何时刻的温度场、组织场、应力场分布。结果表明:Greenwood-Johnson模型中相变塑性系数K在拉应力下有一个恒定值,在压应力下又有一个较低的值。在Koistinen-Marburger模型中,应力对动力学参数α和Ms的影响较小,可以忽略不计;两种热处理工艺得到的温度和组织近似,但是水淬容易产生较大的应力,易使工件内部发生淬裂,因此采取水空交替淬火工艺较好。