H13热作模具钢是模具钢品类中一种重要的钢种,具有良好的热强性、红硬性,较高的韧性、淬透性、抗疲劳和良好的抗高温冲击性能,广泛应用于铝、镁、锌等轻合金的压铸模具、铝合金挤压模具与热锻模具。热作模具钢在服役过程中,需要承受因冲击、磨损、热疲劳、塑性变形以及急冷急热而产生的应力,若H13热作模具钢在热处理与锻造过程中处理不当,则会导致模具提前失效,造成经济损失或生产事故。由于金属材料组织的遗传特性会伴随热处理的整个过程,因此,从锻造工艺的始端—电渣钢锭均匀化退火处理开始,系统研究H13热作模具钢热处理与开坯锻造工艺参数对材料组织与性能的影响,揭示热加工工艺对材料性能与组织的影响机理,对指导实际锻造工程具有重要的理论与实践意义。本文以山东莱锻机械有限公司实际生产H13钢为研究对象,采用Gleeble热压缩实验,并借助数值模拟方法,系统研究了不同的处理工艺对材料组织与性能的影响。主要研究工作如下:研究了均匀化热处理温度与时间对均匀化效果、组织与冲击性能的影响规律。对电渣钢锭进行2X3的正交均匀化实验,对均匀化处理后的试样进行锻造、正火、球化退火处理,分析了元素的扩散情况,进行了冲击性能实验,揭示了均匀化温度和时间对材料组织、元素扩散与抗冲击性能的影响规律。综合考虑实验条件,确定了最优的均匀化退火工艺为1280°C×10h。本文对经过1280°C×10h均匀化处理的H13钢进行了热压缩实验,获得了变形温度在950～1150℃,变形速率在0.1～10mm/s H13热作模具钢材料的真实应力应变曲线,建立了Arrhenius本构关系模型和热加工图。所建立的本构关系模型可以较准确地描述H13热作模具钢的高温流变行为。依据获得的热加工图,在60%变形量下,H13的最佳锻造温度区间是1050～1125°℃,应变速率区间是0.1～0.7s-1。对经过均匀化与锻造处理的材料进行了不同正火工艺处理。实验研究了正火温度、正火保温时间与正火次数对材料微观组织的影响规律,获得了最佳正火处理工艺参数。在此基础上,研究了 H13热作模具钢的球化退火工艺,采用SEM扫描电子显微镜分析了球状碳化物的分布与形状。研究了不同球化温度与球化工艺对球化状态的影响规律。分析了粒状碳化物的球化过程,最终获得了最佳的正火与球化退火工艺参数。本文建立了 H13热作模具钢多次锻造过程的有限元仿真模型,基于建立的H13本构关系模型,模拟了H13热作模具钢在多次锻造过程中的金属流动规律,分析了锻造温度、变形速率、多次锻造道次对材料变形过程中的损伤值、最大主应力、等效应力、等效应变和变形载荷的影响规律,最终获得了合理的多次锻造工艺,采用Gleeble热压缩试验机进行多次锻造试验,研究细化晶粒的方法,最终获得3μm的晶粒。