随着新能源发展战略的提出,风能作为一种清洁能源受到了世界各国的广泛关注,风力发电相关技术得到迅速发展。42CrMo4钢大型风电空心主轴是风力发电设备的核心关键部件,其质量和性能优劣对风机性能有决定性影响。本文围绕大型空心风电主轴热处理工艺,针对42CrMo4材料的TTT曲线、相变动力学以及组织和性能关系等方面进行了研究。建立了42CrMo4材料的相变动力学模型、热物性能参数和力学性能数据库,采用温度-组织-应力多场耦合模型并结合实验结果分析了该材料在热处理过程中组织演变规律,温度场分布以及应力场演变,揭示了淬火裂纹形成原因及其复杂性,为大型空心主轴件制订并优化了热处理工艺。本文在多学科的基础上,借助JMatPro模拟软件计算了混合相42CrMo4材料的相变动力学模型和数值模拟计算模型,例如过冷奥氏体等温转变动力学曲线(TTT曲线),与温度相关的应力应变曲线,热容,热导率,淬透性曲线,泊松比,电子发射率等,并通过引入相近材料,丰富了淬火过程中所涉及各相的相关特性,通过有限元模拟软件Deform-3D建立了描述风电主轴42CrMo4淬火过程的k文件,建立了完整的淬火模拟的数据库,并通过同材料42CrMo4小样试验和物理模拟相结合选择了合适的TTT曲线,即考虑中温转变的C曲线,其较普通C曲线其相转变区域更窄。实验测定了42CrMo4材料在不同淬火介质下的冷却特性曲线,基于淬火条件下材料冷却特性曲线与表面换热系数的关系,介绍了三种方法即比拟法,数值法,反传热法下得到的不同淬火介质的表面换热系数,通过Deform-3D软件的反传热模块指出反传热法后续的方向为工装改进从而获得工件近表面的冷却特性曲线,但其结果仍具有指导意义。通过模拟结果和实际硬度结果对比,确定了数值法相较于比拟法获得的换热系数更符合实际。通过小件物理模拟和实际热处理过程的三场变化结合试样不同位置的金相,SEM图及硬度变化曲线确定了所建数据库的指导作用,为大轴模拟做好铺垫。分析了风电主轴42CrMo4淬火过程中温度场,组织场,应力应变场的变化,研究了在整个过程中应力变化的影响因素,淬火阶段前期波动性比较大,稳定后主要受组织应力影响,后期热应力的影响比较大。分析了不同淬火工艺参数包括奥氏体化温度,淬火前预冷时间,介质温度(淬火介质和空气),不同介质淬火时间等对42CrMo4材料淬火性能的影响,基于工艺参数影响结果进行工艺优化。给出今后热处理研究的方向可以转向水空交替冷却,通过不同位置处的晶粒度测试指出数值模拟的弊端为不能充分考虑工件不均匀化和未来可以继续深入的地方即通过二次开发使工件不同位置处调用不同参数的属性文件。