为了解决以E级钢钩舌为代表的轨道交通领域常见的形状复杂、壁厚差异较大、补缩困难的合金钢零件在加工过程中出现的成型难度大、内部缺陷多、组织粗大、表面质量差、成型成本高等问题,开展了结合间接加压充型和直接加压补缩于一体的多腔复合加压液态模锻E级钢钩舌及其组织性能的研究。首先研究了液锻比压对E级钢组织及力学性能的影响规律,在此基础上设计了钩舌多腔复合液锻模具及工艺参数,进行了液锻钩舌产品的工艺试制,着重研究了设计尺寸及工艺参数对液态模锻压室/压头热变形及间隙的影响。试验探究了液锻比压在0～156 MPa范围内对E级钢微观组织和力学性能的影响规律。结果表明,E级钢的铸态组织为铁素体+珠光体,热处理组织为回火屈氏体。提高比压可使晶粒细化,铁素体含量升高,相比于重力铸造,比压达到156 MPa时,E级钢的二次枝晶臂间距减小了45.3%,铁素体含量提高了39.1%。当比压为38 MPa时,E级钢的冲击韧性最好,热处理态的-40℃冲击吸收功达到31.79 J,较重力铸造提高了65.4%,断口以韧窝为主,断裂机制为韧性断裂;耐磨性与重力铸造相当,磨损形式主要为冲击磨损、磨粒磨损及黏着磨损。比压超过38 MPa后,其冲击吸收功呈近似线性下降,断裂机制由韧性转变为脆性;布氏硬度及耐磨性呈现升高的趋势。E级钢的压力韧化及脆化机理为:低压时,细晶强韧化和铁素体含量的增加使材料产生压力韧化现象;随着比压的提高,魏氏组织的出现及固溶强化加剧了材料的脆化趋势,表现出压力脆化现象。以轨道车辆钩舌为对象进行了复合液锻工艺方案、模具及工艺参数的设计。结合钩舌外形复杂,壁厚差异大的特点,确定了下缸充型后间接加压补缩与补压缸局部直接加压补缩相结合的复合加压液锻工艺方案。随后,对钩舌液锻模具的压射充型系统、补压系统、成型零件、卸料及侧抽芯机构、模温调节系统进行了设计,绘制了模具图纸并明确了技术要求和动作流程。对液锻工艺参数进行了理论计算,并采用Pro CAST软件进行了合理性验证,为液锻钩舌的工艺试验提供参考。根据液锻钩舌的生产工艺流程进行了工艺试验,并对试验中发现的多腔液锻非均匀充填、补压压头未到补缩行程及补压处开裂等问题进行了理论分析,提出了解决方案。非均匀充填的原因为:金属液充型前在压室内形成的预凝固壳在充型时由压头推动上升堆积阻碍了内浇道,充型压力作用下随机突破一侧的内浇口,则金属液释压并充填这侧型腔,而无足够的压力同时突破另一侧。补压压头未到补缩行程的原因是:压头下方金属熔体凝固壳较厚,塑性变形能力差。补压位置拐角处裂纹的形成机理为:压头四周金属熔体流动性较差,凝固壳与型腔摩擦力过大,从而产生局部拉裂。采用模拟正交试验研究了压室长径比、设计间隙、浇注温度、模具温度4个因素对压室/压头变形量、间隙变化及接触应力等指标的影响规律。结果表明,浇注温度对压室/压头的最大应力影响最为显著,压室长径比通过影响金属液与压室/压头的接触面积而显著影响其变形量,对二者接触面平均间隙变化率影响最为显著的是设计间隙,模具温度主要对压室/压头接触应力产生显著影响。分析表明,压室/压头接触面的配合间隙不均匀,同时存在局部间隙和局部变形导致的挤压和摩擦,根据它们的变形方向和变形量,采用理论推导法和模拟仿真法进行压头尺寸反变形补偿设计可使接触面的最大压应力减小36.4%,有效减小液锻力的摩擦损耗。