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变形是工件热处理过程不可避免的现象。对大型工件而言，为避免工件热处理后尺寸不足，往往预留过大加工余量，致使材料利用率降低；对精密零件、工模夹具等来说，常因热处理变形而耗费大量工时进行校正和修整，变形过大的经常报废。影响热处理变形的因素很多，如材料的组织不均匀、工件的加热和冷却不均以及内部的残余应力作用等，变形往往是组织应力和热应力综合作用的结果，很难通过一个或几个影响因素的控制来根本解决变形问题。淬火变形作为热处理过程中最常见的变形方式，掌握其变形规律，对指导生产实践具有重要的意义。为此，本文采用有限元模拟和实验相结合的方法对淬火变形进行了研究。论文的主要研究内容包括：
1)针对316奥氏体不锈钢及马氏体不锈钢ZG04Cr13Ni4Mo的淬火变形，本文实测了两种钢在不同温度下的比热、热导率、线膨胀系数、密度以及杨氏模量、泊松比等热物性参数。在实测应力-应变曲线的基础上，建立了两种材料的本构模型，这些数据为有限元模拟奠定了基础。
2)采用DEFORM-3D软件建立了316奥氏体不锈钢C型环和纵切圆柱水冷淬火过程的三维有限元模型，研究了界面换热系数对变形模拟结果的影响。结果表明，变形模拟结果对界面换热系数的变化非常敏感。采用高采集频率下的界面换热系数，淬火后C型环缺口的尺寸将减小，纵切圆柱发生圆面一侧凹进，平面一侧凸起的弯曲变形；采用低采集频率下的界面换热系数，淬火后C型环缺口的尺寸将增大，纵切圆柱几乎不变形。高采集频率下的界面换热系数，模拟结果与实验结果吻合良好。界面换热系数高温段的差异，影响了淬火过程塑性变形量的计算，进而影响最终的变形结果。
3)基于DEFORM-3D软件的热处理相变模型，建立了马氏体不锈钢ZG04Cr13Ni4Mo纵切圆柱淬火过程的三维有限元模型。结果表明，工件的变形过程经历了先向平面，再向圆面一侧的弯曲变形。淬火过程由于发生马氏体转变，在组织应力作用下，平面一侧产生较大拉伸塑性变形，导致变形结果为平面一侧凸起，圆面一侧凹进，模拟结果与实验结果吻合较好。采用文献的界面换热系数，变形结果与实验结果相反。
4)在上述模拟结果的基础上，针对被动轴20Cr2Ni4A钢淬火及回火处理的变形过程进行了模拟。研究结果表明，淬火方式对变形模拟结果的影响很大，倾斜淬火是导致被动轴发生弯曲变形及圆跳度增加的直接原因。结合被动轴的实际热处理状况，对被动轴的淬火方式提出了改进意见。淬火过程应始终保持轴向与淬火介质的液面相垂直，对配套的工装应定期检查，避免精度不足影响正常的垂直淬火。在倾斜淬火引起较大弯曲变形的前提下进行回火处理，结果表明，低温回火对变形几乎没有影响。