随着汽车零件需求量的增大和安全性能逐渐受到人们的重视，汽车制造企业不断通过改进传统加工工艺或者开发新工艺来提升产品的质量，增强市场竞争力。热镦粗成形工艺是零件锻造加工工艺中最基本的一种，除了满足零件形状要求之外，更重要的是通过锻件高温下的塑性变形，改善材料的微观组织分布以及锻合内部缺陷，配合后续工艺处理，提高零件综合的机械性能。因此对热镦粗成形过程进行微观组织模拟与工艺参数优化对于提高新型汽车零件的使用性能有着重要的意义。本文首先以更改的拉格朗日格式的刚塑性有限元法为基础，结合加工传热的瞬态热传导计算模型和考虑动态再结晶的粘塑性本构模型，建立变形场、温度场以及微观组织场的耦合计算模型，利用Visual Fortran语言开发了热镦粗工艺有限元模拟和微观组织预测的专用软件。为了解决大变形量引起的网格质量问题，引入了网格重新划分技术。其次基于模型构造物理机理，应用数据拟合技术识别超高强钢300M的本构模型参数，并对其热镦粗成形的微观组织演化过程进行数值模拟。模拟结果表明，300M在成形过程中，材料内部塑性变形分布是不均匀的，沿对角线分布；在变形温度相同的情况下，随着应变速率的增大，流动应力、未再结晶晶粒度和晶粒度差增大，而动态再结晶晶粒度和再结晶体积分数降低；在应变速率相同的情况下，随着变形温度的升高，动态再结晶晶粒度和动态再结晶体积分数增大，流动应力、未再结晶晶粒度以及最大晶粒度差降低，而平均晶粒度，在低温阶段呈下降型态，高温阶段为上升形态；降低锻件与模具摩擦因子，材料的流动性更好，有利于发生动态再结晶，改善该区域的微观组织分布。最后基于序列二次规划算法，以模具速度以及锻件初始温度作为设计参数，以变形结束时的晶粒尺寸分布均匀性程度和细小化程度为目标，对非等温的热镦粗成形工艺进行了微观组织优化设计。优化结果表明，锻件的流动性更好，晶粒尺寸更均匀细小，优化效果显著，并给出了最优的工艺速度曲线以及始锻温度，可为实际设计生产提供参考依据。