随着锻造行业的不断发展,对锻件质量的要求也不断提高,除了确保锻仵形状和尺寸精度达到要求之外,更加注重产品综合性能的提高。而产品的综合性能很大程度上是由锻件微观组织决定的,尤其是对重要结构件、大型锻件等的微观组织要求更高。锻件微观组织结构与变形方式、变形工艺参数均有着密不可分的关系,为得到优质的锻件,研究各种变形方式对金属内部微观组织演变的影响规律具有重要现实意义。应用有限元数值模拟技术,不仅可以预测宏观力学行为以及各热力学参数的分布状况,而且可用于模拟研究热成形过程中微观组织的演变规律。本文将刚粘塑性有限元法和微观组织本构模型相结合实现了锻件热成形过程的宏微观模拟,通过一组镦粗实验证明了采用该方法预测锻件微观组织的可靠性,并将其应用于研究锻造和挤压成形过程中微观组织的演变规律。具体工作如下:　　 (1)热成形过程的主要变形机制为动态再结晶,将42CrMo钢动态再结晶微观组织模型与刚粘塑性有限元法相结合实现了热锻成形过程的宏微观热力耦合模拟。利用该方法对坯料热镦粗不同变形程度时心部某区域范围的晶粒尺寸进行了数值模拟,并与生产实验中锻件晶粒尺寸变化及分布结果进行对比,模拟值与实测值相吻合,应用该方法可准确预测锻件微观组织。　　 (2)以汽车转向直臂为例,对其热锻成形过程进行变形——传热——微观组织演变三者相互耦合的有限元模拟,获得了锻件在镦粗、拔长、弯曲以及终锻成形各个工步下微观组织演变的分布规律。对比分析模拟结果与实验结果,两者在直臂中段以及横梁部位截面上微观组织分布基本一致,实验中锻件直臂中部的晶粒度达到6.5级,采用该工艺得到的锻件具有较好的微观组织,锻件具有较高的综合机械性能。　　 (3)以半轴套管为例,对其热挤压成形过程进行变形——传热——微观组织演变相耦合的有限元模拟,研究了不同挤压工步对锻件微观组织的影响。随后以半轴套管二次挤压过程为例,研究了不同变形工艺参数对微观组织分布的影响。结果表明:变形程度和变形速度是影响锻件微观组织的重要因素,摩擦系数和模具温度对锻件微观组织的影响则较小。设置合理的工艺参数可以得到均匀细小的晶粒,提高锻件机械性能。