热锻模具在金属塑性成形,特别是难变形金属的成形过程中起着十分重要的作用。然而热锻模连续工作时因承受周期性的机械载荷和高温热载荷,工况恶劣,模具寿命都不长。已有研究指出,锻模失效主要是模膛表面的温度应力引起的。由于锻模表面层的温度应力幅值很大,可能大大超过模具材料的屈服应力,产生低周期的热疲劳变形,导致锻模塑变失效。要从根本上提高热锻模的寿命,必须打破传统均质材料的局限,进行热锻模材料设计。本研究以热锻模表层材料设计入手,对H13钢均质模具材料以及SiCp/Inconel 625模具表层材料进行了温度场模拟。第一部分首先介绍了热锻模的发展现状,突出说明了热锻模存在制造成本高、使用寿命低的问题。阐述了热锻模的失效形式和影响使用寿命的主要因素。分析认为热锻模损伤失效的主要原因是模膛表面层的温度应力,据此提出了热锻模材料的理想结构。欲合理设计热锻模具材料,必须了解锻造过程中热锻模表面层温度分布及载荷加载情况,找到热锻过程的数学模型及理论依据。第二部分介绍了热锻成型的热力学基础理论,阐述了锻模热传导的微分方程及初始与边界的计算条件。结合热锻的机械耦合作用,进一步说明锻模材料的热机械理论。第三部分介绍利用Deform有限元软件研究在不同的热锻工艺、材料物性和轮廓曲率条件下模具模膛表面层的温度分布,以模具表面所达到的最高温度T(℃)和热渗透深度H(mm)来预测热锻模的损伤方式及范围,并通过利用OrginPro软件进行数据拟合,找出其变化规律,得到有效结论。第四部分介绍以轿车前轮毂热锻模的终锻模为模型,详细分析了锻造过程中热锻模模膛表面和近表面层的温度梯度和温度波动情况,结合其工作性质及温度应力,从理论上对多层金属热锻模具的材料进行了如下选择和设计：(1)处于温度平衡区和散热区的热锻模基体选用为H13钢(5CrNiMo);(2)处于耐热区的热锻模近表层选用耐热高速钢(W6Mo5Cr4V2)堆焊覆层；(3)处于耐热区的热锻模表层选用SiCp陶瓷／Inconel 625镍基合金喷焊覆层。通过在均质热锻模型的基础上建立多层金属热锻模型,对W6Mo5Cr4V2及SiCp/Inconel 625覆层的耐热区材料进行热锻过程仿真,得到多层金属热锻模的温度分布；并在变物性参数推定的基础上,考虑材料变物性对多层金属热锻模具表面层的温度分布影响,以此来表明多层金属热锻模具可有效降低热锻模具表层的温度、减小模膛温度波动幅值,从而提高热锻模具的使用寿命。本文不仅从热锻工艺、材料物性和轮廓曲率多方面,模拟给出了均质热锻模表面层的温度分布规律；并且以温度波动为依据,提出了具有等效温度应力的多层金属热锻模具设计思想,为多层金属热锻模具的制造奠定了理论基础。