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M50Nil钢是在M50钢的基础上,通过减少C元素含量并增加Ni元素含量发展出的新一代轴承钢。M50Nil钢在经过表面渗碳渗氮后可以在芯部保持较高韧性的同时,具备较高的表面硬度与耐磨性能,从而使其具备更优异的服役表现。但在M50Nil钢的热加工过程中,非常容易出现晶粒粗大问题。精密辗扩成形工艺具有成形质量好、生产效率高、材料利用率高、生产成本低等优点,广泛应用于航空轴承外圈的成形。随着航空工业的发展,弹支球轴承外圈的截面形状日趋复杂,传统的辗扩坯料多为简单圆环形,难以成形截面形状复杂的轴承锻件,且易出现由于大量机械加工带来的流线露头问题,导致服役性能下降。针对上述问题,本课题通过开展M50Nil钢晶粒长大规律研究和热变形行为研究,探索其精确的热加工窗口,并利用有限元模拟的方法优化M50Nil钢弹支球轴承外圈精密锻造工艺方案,保证最终锻件的晶粒尺寸和流线分布均满足要求。本文研究了M50Nil钢的晶粒长大规律。通过开展M50Nil钢的加热保温实验,分析了保温温度、保温时间、多向锻后晶粒尺寸对其晶粒长大规律的影响。结果表明:M50Nil钢的过热温度在1075℃～1100℃之间,始锻温度应控制在1075℃以下。采用多向锻制坯细化晶粒时,只有将晶粒细化至10μm以下,才可以在重新加热后取得较为明显的晶粒细化效果。进行了M50Nil钢的热变形行为研究。通过开展M50Nil钢热压缩实验,得到了其在不同变形条件下的流动应力曲线,构建了M50Nil钢的本构方程和不同变形量下的热加工图,得到了M50Nil钢的热加工区间:温度900～950℃,应变速率为0.01s-1～0.03s-1或温度1075～1150℃,应变速率为0.05s-1～0.6s-1。针对M50Nil钢弹支球轴承外圈锻件的流线露头问题,本文提出了一种采用“随形设计”的辗扩坯料,通过DEFORM软件开展有限元模拟实验,分析该坯料在辗扩过程中的应力应变和金属流动特点,结果表明:随形设计坯料中的内表面斜度特征加剧了该处金属向上的轴向流动和径向流动,法兰特征加剧了金属外表面的轴向流动,应采用闭式辗扩加以限制。通过构建形状尺寸不同的有限元模型,对辗扩坯料的整体高度、内表面斜度尺寸、法兰尺寸进行优化。同时构建辗扩坯料制坯工艺的有限元模型,对制坯工艺的模具结构设计、高径比、镦粗比进行优化。