A668钢水轮机主轴是水电机的重要构件,工作中承受水流的直接冲击和弯曲扭转作用,需要足够高的性能来避免发生震动和变形。实际生产中A668钢水轮机主轴热处理工艺通常使用经验法制定导致强韧性分配不均匀等问题,经验法需要做大量实验和生产实践,存在巨大的时间、能源和材料成本。本文通过实验和数值模拟相结合的方式来探索A668钢水轮机主轴热处理工艺和组织的关系。获得以下主要结论:(1)通过将相变计算模型中FC、PC和BC的指数位置的首项分别修正为1.401、-4.8和-8.53并采用一种新型绘制CCT曲线的方法绘制出A668钢的CCT曲线。根据CCT曲线得到临界冷速为118℃/s,Ms为350.2℃。(2)端淬实验的模拟结果表明马氏体、贝氏体、珠光体和铁素体分别出现在距离端面0mm、10mm、32mm和100mm的位置。采用实际端淬实验对数值模拟结果进行的验证表明,实际端淬实验的金相组织及硬度测试结果与数值模拟结果吻合,表明数值模拟的相变模型和硬度计算模型的正确性。(3)通过对A668钢水轮机主轴在快速加热和阶梯加热两种不同加热方式下的温度和晶粒尺寸分布的数值模拟表明:快速加热方式下工件高温区和低温区的最大温差达到了200℃。阶梯加热方式下,工件高温区和低温区的最大温差为60℃。快速加热结束时主轴中间位置的晶粒尺寸为28μm,而阶梯加热结束时相同位置的晶粒尺寸为111μm。快速加热过程中法兰段中心位置的晶粒尺寸为16μm,而阶梯加热过程中同位置的晶粒尺寸为29μm,两者晶粒度相差较小。(4)通过对A668钢水轮机主轴在空冷和水冷两种方式下的温度变化和组织分布的数值模拟表明:冷却过程中主轴内外的温度变化速率导致温差的变化为先增大后减小,空冷77min时最大温差为166℃,800min时温差基本消失。空冷后主轴组织为铁素体和珠光体,硬度均匀为14.6HRC。水冷30min时最大温差为760℃,水冷200min时温差为100℃。水冷后主轴外层得到一定厚度的贝氏体和马氏体,外表面硬度为49HRC,次表面温度为35HRC,心部为14.6HRC。