纯铁具有优良的物理力学性能,被广泛应用在航空航天、能源、武器等领域,纯铁微观组织的均匀性及其物理机械特性直接影响纯铁材料在精密加工过程中零件的精度。研究纯铁材料在热锻过程中微观组织如再结晶体积分数、位错密度和晶粒尺寸等的演变过程,建立热锻过程微观组织演变的物理模型对调控微观组织具有重要的指导意义。通过Thermecmaster热模拟试验机对DT4E纯铁进行单向压缩试验,测定DT4E纯铁在不同温度、不同应变率下的应力应变曲线;研究DT4E纯铁在不同真应变、不同应变率下的再结晶情况,确定真应变和应变率对晶粒细化的影响规律;探究DT4E纯铁试样在热处理过程中,加热温度和保温时间对晶粒长大的影响规律,揭示DT4E纯铁在高温压缩过程中再结晶晶粒细化、热处理静态晶粒长大、流动应力与真应变关系等不同变量之间的内在联系。根据变形过程中微观组织演变的内在联系,建立基于内部变量法的微观组织演变模型,该模型包含归一化位错密度、变形过程中的再结晶体积分数和平均晶粒尺寸等微观组织变量以及变形温度和变形速率等宏观变形参数;通过MATLAB遗传算法优化技术和热模拟实验数据相结合的方法,进行微观组织演变模型中参数的求解;结果表明单向压缩微观组织演变模型可以准确地表达DT4E纯铁在单向压缩变形时的粘塑性流动和微观组织演变过程。对DEFORM11.0有限元软件进行二次开发,将DT4E纯铁微观组织演变模型以子程序的形式嵌入到DEFORM中,进行DT4E纯铁双锥压缩有限元仿真,获得晶粒尺寸的分布特征。进行双锥压缩验证实验,对比分析有限元仿真和双锥压缩实验的晶粒尺寸分布特征,结果表明晶粒尺寸仿真误差较小,说明微观组织演变模型可以准确地预测变形过程中晶粒尺寸演变规律。