大型复杂曲面叶片由于形状复杂,热处理过程中受组织应力及热应力的不同时性的影响,不同位置产生不同程度的且很难预测的变形及残余应力。由于难以对残余应力进行表征,使高残余应力区域面临着严重的应力腐蚀潜在危害,影响叶片使用寿命。采用数值模拟技术可以较好预测大型复杂曲面叶片的变形及残余应力,但该技术涉及相变、温度及变形三者之间相互作用的复杂过程,研究难度很大。因此,本文以突破数值模拟技术为目的,进而分析叶片铸件热处理后的变形及残余应力分布规律,以有效指导大型复杂曲面零件在生产制造、提高产品质量意义重大。为此,本研究通过对ZG06Cr13Ni4Mo不锈钢材料TTT曲线等相关参数的测定,建立了组织、变形及温度三者之间相互耦合的模型。采用“Sparse+Newton_Raphson+Mixture”方法,解决了数值模拟过程中网格自动划分不收敛的难题。引入重力对变形量及应力的影响,同时考虑了各影响参数之间的复杂关系。本研究以试块、真机叶片为仿真对象进行了模拟分析,得出以下规律:基于有限元模拟得出的方体试块热处理后的等效应力、逆变奥氏体含量及硬度值与实测结果基本吻合,证明了模型建立的有效性。该模型对楔形试样的变形及等效应力预测效果较好;利用上述模型对典型X型叶片-白山叶片的正常热处理过程进行预测,结果表明:叶片表面等效应力分布极不均匀,中部位置等效应力出现极大值,叶片出水边等效应力出现极小值,经验证,模拟预测白山叶片等效应力的分布变化规律及数值的量值较准确;典型X型白山叶片正常热处理后的变形量仿真预测结果显示:叶片整体变形极不均匀,出水边与下环侧变形最大,约为23mm;出水边与上冠侧变形量次之,约为13mm;叶片整体有变平的趋势。经验证,该模型对白山叶片的整体变形分布规律及数值的量值的预测较准确。本研究建立的有限元模型可准确预测大型复杂曲面白山叶片的热处理过程,还可以推广应用到ZG06Cr13Ni4Mo转轮焊接及退火过程的变形等效应力的预测。