楔横轧是一种高效的轴类零件塑性成形工艺,用楔横轧工艺成形非调质钢具有节能降耗的显著优势。本文以三辊楔横轧工艺为研究对象,对典型非调质钢热成形微观组织演变开展物理模拟研究,建立了耦合热、力、微观组织演变的有限元数值预报模型,分析了非调质钢空心轴热成形过程,并结合实际轧制试验验证了模型的正确性。利用Gleeble-3500热/力模拟试验机进行热模拟试验,采用单/双道次压缩试验和金相分析相结合的方法,研究了典型轴类件用非调质钢40MnV在楔横轧工艺范围内的力学行为及微观组织变化,并得出了相应的数学模型,包括再加热过程的晶粒长大模型、变形过程中的动态再结晶动力学及晶粒尺寸模型、变形间隔时间内的静态再结晶动力学及晶粒尺寸模型、再结晶后的晶粒长大模型、变形抗力数学模型等。研究了微合金元素对再加热及再结晶过程的抑制作用。所有这些模型的建立为深入开展控制轧制、轧制过程虚拟仿真及产品组织性能预报的研究奠定了基础。基于热模拟试验得出的微观组织模型,对DEFORM软件进行二次开发,建立了40MnV钢空心轴三辊楔横轧轧制过程三维热、力、微观组织演变耦合的非线性有限元计算系统,并对三辊楔横轧轧制过程进行分析,研究各种场变量及晶粒尺寸的分布规律。在三辊楔横轧机上开展空心轴非调质钢楔横轧成形试验,通过测量轧件晶粒尺寸,验证了热模拟试验所得到的组织演变数学模型的正确性。应用该微观组织模型,利用编程语言VB6.0编制了用于模拟计算40MnV钢热轧微观组织演变的可视化程序,可通过改变参数实现微观组织预报,对实际生产具有指导作用。