作为目前可应用的最轻的金属结构材料,镁合金具有较高的比强度、比刚度,优良的阻尼减震性和电磁屏蔽性,被誉为“21世纪的绿色工程材料”。将镁合金应用在航空航天和汽车上,可实现交通工具的轻量化,达到节能降耗的目的。但由于其具有密排六方的晶体结构,室温下难以发生塑性变形,高温下又易发生晶粒粗大和表面氧化。当前的镁合金产品以铸件,特别是压铸件居多,塑性加工产品极少。但铸件的力学性能较差、易产生缺陷,而变形镁合金组织细小均匀、综合力学性能好。为了研究复杂形状镁合金零件的热锻成形,本文从镁合金AZ61热变形特性的基础性研究入手,通过实验建立了镁合金AZ61的高温流变应力模型和微观组织演变模型。并将其与大变形热力耦合有限元方法相集成,进行了变形场-温度场-组织演变相耦合的数值模拟,基于此完成了镁合金AZ61锥齿轮热锻实验研究,以期为确定和优化复杂零件锻造工艺提供科学的依据。通过将镁合金AZ61在Gleeble-1500热模拟机上进行热压缩实验,推导出热流变参数与Zener-Hollomon参数的关系,采用两种不同方法建立了该材料符合微观组织演变特征的高温流变应力模型。统计表明,两模型的计算值与实验值的平均误差约为5.4%,由此可知模型具有较高的预测精度。通过分析流变应力的特征,建立了动态再结晶动力学模型。通过对热压缩试样进行定量金相分析和维氏硬度测试,建立了动态再结晶晶粒尺寸模型和锻后维氏硬度模型。将本文所建立的两阶段流变应力模型、微观组织演变模型集成于三维热-力耦合的刚塑性有限元法软件DEFORM,模拟了镁合金AZ61锥齿轮热锻成形过程,分析了预锻、终锻过程中应变、应力、温度分布和微观组织的演变,研究了不同的锻造温度、上模运动速度对镁合金锥齿轮锻后微观组织的影响规律。进行了镁合金AZ61直齿锥齿轮的锻造成形实验,将数值模拟与预锻、终锻实验的载荷-行程曲线、齿轮不同位置的微观组织和在低温下锻件出现表面裂纹的情况相对比,结果较一致,证实了本文所建立的流变应力模型和微观组织演变模型的准确性。本文所制定的镁合金AZ61锥齿轮热锻成形工艺对实际生产具有指导意义。