热处理工艺一直是改善模具钢微观组织和提高其力学性能的重要方式,尤其是在大型整体锻件中,恰当的热处理工艺在一定程度上决定了模具钢锻件的整体质量。目前,关于模具钢锻件在热处理工艺与组织、性能之间关系的研究较少,且大型模具钢锻件在热处理后微观组织及综合力学性能的均匀性问题一直未曾很好地解决。为了探究热处理工艺参数与组织性能之间的关系,本文以55Ni Cr Mo V7热作模具钢锻件作为研究对象,基于相变理论和强化理论,通过中试试验与DEFORM有限元分析结合的方法,探究了不同热处理工艺下的微观组织演化和力学性能变化规律,建立了55Ni Cr Mo V7模具钢的屈服强度模型和马氏体硬度HM模型。通过3D响应面法和MATLAB遗传算法对大型模具钢锻件进行了以组织和性能均匀化为目标的工艺优化,相关研究方法及结论为解决大型、超大型锻件的组织和性能不均匀性问题拓展了新思路。本文主要研究内容及结果如下:（1）研究了锻后正火、球化退火及调质热处理工艺参数对55Ni Cr Mo V7模具钢微观组织演化及力学性能变化的影响。结果表明:870℃为最佳正火温度,此温度下材料中的合金元素和碳扩散比较充分。740℃为最佳球化退火温度,此时粒状渗碳体析出细小且均匀分布,组织细腻。790～910℃随着淬火温度的升高,颗粒状碳化物逐渐溶解到马氏体基体中,残余奥氏体逐渐增多。屈服强度和抗拉强度先增大后减小,伸长率最大为16.5%,断缩率最大为50%,耐冲击性能在高于850℃淬火后会降低,硬度值基本稳定在42～46HRC。100～650℃随着回火温度升高,马氏体组织由片状变为板条状,其中300℃回火后奥氏体残留较多,但随着回火温度继续升高残余奥氏体逐渐消失。屈服强度值、抗拉强度值和硬度呈下降趋势,伸长率、断缩率和冲击韧性呈上升趋势,550℃及以上回火后材料的冲击韧性会大大提高,但屈服强度、抗拉强度和硬度会快速下降。（2）探究了退火冷却方式及冷却速度在热处理过程中的影响。结果表明:在球化退火过程中,650℃保温后球化效果较好,670℃会对球化起反作用,另外,延长保温时间对球化效果有促进作用。冷却速率的增加会提高马氏体和残余奥氏体的组织含量,综合考量后冷却速率应控制在4.2℃/s以下较为合理。（3）研究了55Ni Cr Mo V7模具钢微观特征参数与力学性能之间的关系。通过探究晶粒尺寸、相的体积分数、细晶强化、固溶强化和析出强化对力学性能的影响,建立了55Ni Cr Mo V7模具钢的屈服强度模型和马氏体硬度HM模型,经分析对比后可知,建立的模型可以将误差控制在8%以内,能够较为合理地预测材料的力学性能。（4）采用中试试验和DEFORM有限元分析相结合的方法,建立了大型55Ni Cr Mo V7模具钢宏微观耦合的有限元模型,并从温度场和组织场角度验证了模型的可靠性,为后期大型模具钢锻件的组织和性能优化奠定了基础。（5）本文以组织、性能均匀化为目标对大型55Ni Cr Mo V7模具钢锻件进行了热处理工艺优化。以残余应力均方差、硬度和屈服强度为目标函数,建立了热处理工艺参数与力学性能之间的数学回归模型。利用响应面模型与MATLAB遗传算法进行了参量约束条件下的多目标优化,获得了Pareto优化解集,得出了最佳调质热处理工艺路线,并进行了验证。