为了满足经济建设和社会发展的需求，新一代钢铁材料的研究得到普遍重视。这其中一个重要的发展方向是在不提高其成本的前提下尽量提高其强韧性。显微组织的细化和均匀化是同时提高材料强度和韧性的主要手段。对于铁素体一珠光体钢来说，利用塑性形变和奥氏体一铁素体相变之间的相互作用是细化晶粒的一种有效方式。因此，研究形变一相变耦合过程的热力学和动力学，对于设计材料成分和制备加工工艺以获得所需要的材料性能具有十分重要的意义。本文采用介观尺度计算方法来研究钢铁材料中的形变一相变耦合过程。　　 本文首先在介观尺度建立了多晶奥氏体高温热形变的晶体塑性有限元模型。模拟结果表明，奥氏体在经历塑性形变时，其应力、应变和储存能的空间分布很不均匀，同时近邻晶粒的取向关系在很大程度上影响了奥氏体的内部微观形变行为。进一步分析表明，这种不均匀性与各个滑移系的运动密切相关。塑性形变导致的另外一个特性是奥氏体的晶界面积随着形变量的增大而不断增加。晶体塑性有限元模拟得到的晶界面积增长率明显比均匀形变几何模型的计算结果要高。　　 本文结合晶体塑性有限元和蒙特卡罗方法，建立了顺序耦合介观计算模型，并模拟了奥氏体在非再结晶区的塑性形变对奥氏体—铁素体相变的影响。结果表明，奥氏体的塑性形变能明显加快随后的奥氏体—铁素体相变动力学。塑性形变对碳原子在奥氏体内的长程扩散以及铁原子在相界面处的短程扩散都有促进作用。此外，奥氏体在未再结晶温度区间的塑性形变能提高铁素体的形核密度，有效细化铁素体晶粒。影响铁素体形核密度的主要因素有三个：塑性形变增加了原始奥氏体的晶界面积；奥氏体晶粒内部的部分高储存能位置为铁素体提供了额外的晶内形核位置；奥氏体晶界上的铁素体形核率明显增加。另外，由于铁素体的核心主要集中于奥氏体晶界和晶内的高储存能位置，铁素体核心明显呈不均匀分布。　　 本文还结合蒙特卡罗晶粒粗化模型，分析了单个铁素体晶粒在相变过程中的长大行为及其对铁素体晶粒尺寸的影响。模拟结果表明，单个铁素体晶粒在相变过程中表现为6种长大模式：抛物线状长大、延迟形核长大、暂时收缩长大、部分收缩长大、完全收缩长大以及相变后期加速长大。前三种模式证实了同步加速器3DXRD实验的测量结果，后三种模式则是本次模拟的新发现。不同铁素体晶粒周围的碳浓度场的重叠(软接触)以及铁素体晶粒之间的曲率驱动的粗化作用(硬接触)成为影响长大行为的主要因素。深入分析表明，铁素体晶粒粗化过程会明显削弱传统形变一相变耦合技术对晶粒的细化作用。　　 本文建立了介观尺度的同步耦合模型以描述塑性形变和组织演变同时进行的动态组织演变。并利用此模型模拟了Ae3温度之上的形变诱导铁素体动态相变。其中主要讨论了形变参数(形变量、形变温度和形变速率)对动态相变过程中组织演变以及应力—应变曲线的影响。结果表明，奥氏体的动态再结晶是影响铁素体析出的一个非常重要的因素。连续形变下的奥氏体动态再结晶、奥氏体—铁素体相交以及铁素体—奥氏体的逆相变三者之间的交互作用会导致动力学上的震荡行为。此外，低形变温度或者形变后的高冷却速度都有利于诱导铁素体的稳定性。