本文利用元胞自动机(Cellular Automata)方法系统的研究了单相晶粒的正常长大、两相晶粒粗化、动态再结晶过程;初步地研究了非均匀温度场下单相晶粒长大和动态再结晶过程。首先,通过引入能量最低原则,利用完善后的元胞自动机方法,建立了单相晶粒正常长大的元胞自动机模型。模拟结果表明:晶粒的拓扑结构多为5、6、7边形,且六边形晶粒所占比例最大;晶粒多为等轴状,交点为三边交点,交角大约为120度,与实际晶粒组织十分相似;在模拟的过程中存在两种基本拓扑变换;晶粒的生长主要通过大晶粒不断吞噬其周围的小晶粒和边数较多的晶粒吞噬边数较小的晶粒来实现。模拟结果得出晶粒正常生长的生长指数n=0.472,与理论值n=0.5较为接近。研究了温度对晶粒长大的影响,发现温度对晶粒长大速度有一定的影响,但对生长指数的影响不大。利用晶粒正常长大的元胞自动机模型,模拟了TA15合金在1050℃保温时晶粒长大过程。模拟结果得出晶粒生长指数n=0.481,与实验求得的n=0.4876非常接近;通过标定初始元胞尺寸,对比了模拟和实验过程中晶粒平均直径变化,二者吻合较好。引入温度变量,将单相晶粒正常长大的元胞自动机模型应用到了非均匀温度场的情况。初步研究了非均匀温度场中晶粒的生长演化规律,揭示了不同温度区域晶粒形核、长大的过程。通过取向数的大小区分两相,建立两相晶粒组织生长的元胞自动机模型。研究了两相晶粒长大粗化规律:当两相初始含量相当时,两相晶粒相互影响,各自晶粒长大速度较为缓慢;当其中一相含量相对较多时,含量较少一相的晶粒表现出对另一相晶粒长大的“钉扎”作用;当其中一相含量远多于另一相时,较少含量的晶粒基本无法长大。分析热变形过程中的位错密度变化,通过建立位错密度模型、形核模型、晶粒长大模型、回复模型,实现了动态再结晶过程的元胞自动机模拟。利用该模型可以很好的模拟动态再结晶过程及微观组织的演化,模拟得到的Avrami曲线符合动态再结晶的动力学规律;研究了应变速率对动态再结晶过程的影响:当应变量一定且较小时,应变速率越大,平均晶粒尺寸越小,动态再结晶的转变分数也越小,即动态再结晶越不充分。通过修改和完善与温度相关的形核和晶粒生长模型,初步研究了非均匀温度场下动态再结晶过程。结果表明:低温区再结晶形核较早,晶粒生长速度较慢,最终晶粒较为细小。