金属塑性成形过程中,晶粒度是影响产品性能的一个重要指标,细化晶粒可显著提高材料的综合性能。在实际热加工过程中,动态再结晶是材料动态软化及晶粒细化的主要手段。本文在实验研究结果的基础上,分析了Q235低碳钢在不同热加工参数下的动态组织演化特征,建立了影响材料内部性能质量的动态再结晶模型,运用热-力耦合有限元法及晶粒尺寸计算模型对Q235低碳钢的热塑性变形过程进行了计算机数值模拟,预测了材料热变形后的晶粒尺寸,为定量预测材料热成形过程中的组织演变情况,以及发展材料工艺过程的优化设计和控制一体化技术提供了基础。本文的研究工作包括:Q235低碳钢高温变形时本构关系模型的建立。以Q235低碳钢在Gleeble-1500热力模拟实验机上进行的等温恒应变速率下的压缩实验结果为基础,系统研究了材料的流动应力与热力参数之间的函数关系,提出了描述材料本构关系的模型,数据分析结果表明:模型具有预报精度高,便于对材料加工过程进行数值模拟的优点,从而为准确模拟工件的变形过程奠定了基础。材料动态再结晶过程分析及实验研究。运用材料在Gleeble-1500热力模拟实验机上进行的恒应变速率下的压缩实验结果及等温条件下的晶粒尺寸测量结果,确立了材料热变形激活能、峰值应变、动态再结晶开始应变与Z参数的函数关系;建立了材料发生动态再结晶的临界条件以及动态再结晶过程的数学模型;这些模型的建立为预测热塑性变形后晶粒尺寸奠定了理论基础。传热-变形-组织演变仿真模拟系统的建立。基于热-力耦合刚/粘塑性有限元法的数学模型,建立能够模拟高温变性过程的刚/粘塑性有限元模拟系统;联合变形模拟系统与材料微观组织演变计算程序建立热塑性加工产品晶粒尺寸的仿真模拟系统。为进行热塑性加工过程的数值模拟、晶粒尺寸预报及生产工艺优化提供了现实计算工具。热塑性成型质量控制系统的实验验证。对热压缩后材料的晶粒尺寸进行了预测计算,与实验结果进行的对比表明:所建立的材料相关模型及仿真模拟系统是正确可靠的。上述研究工作对于实际生产中保证的产品的性能质量、提高生产率、缩短产品试制周期、减少试制费用等都具有十分重要的意义,这种模拟及优化技术将成为热塑性加工工艺设计的重要工具。