预测与控制锻造过程工件内部微观组织演化对锻造工艺设计具有重要意义。随着计算材料科学的发展,微观组织演化规律研究正从定性描述进入定量描述的可视化仿真阶段。元胞自动机是描述复杂系统的规则性模型,特别适合于处理难以用数学公式定量描述的复杂动态系统,已成功应用于很多学科领域。在材料加工领域中,元胞自动机法在模拟显微组织形态及其演变规律方面体现出特有的优越性。但是,现有元胞自动机模型不考虑晶粒拓扑形变的影响、没有结合工艺参数及具体锻件而仅仅进行定性探索。本文结合物理冶金基本原理与实验研究结果,采用元胞自动机法建立了锻造过程二维多尺度仿真平台,模拟了热锻过程7050铝合金动态再结晶行为,完成了以下主要工作:借助Gleeble-1500热模拟实验机,在对7050铝合金进行了等温压缩试验,研究了不同应变速率和变形温度条件下7050铝合金流变规律与动态再结晶行为。研究结果表明低Z参数有利于7050铝合金动态再结晶发生,动态再结晶晶粒尺寸为10～20μm。基于位错理论与实验结果,建立了材料流变应力方程以及位错密度、再结晶形核与长大模型。采用自动机法研究了初始微观组织生成、微观组织演变、微观组织拓扑结构、微观组织特征统计以及可视化等关键技术。在DEFORM3D宏观物理场模拟基础上,采用Visual Basic与Visual Fortran混合编程建立了基于元胞自动机法的锻造过程多尺度仿真平台。利用本文建立的仿真平台对某型号飞机隔框锻造工艺进行了仿真分析,研究了变形参数对锻件微观组织演变的影响,模拟结果准确反映了7050铝合金动态再结晶规律。采用工业自由锻件显微组织校核了元胞自动机模型,工艺试验结果表明本文提出的耦合有限元及晶粒拓扑形变的元胞自动机模型能较好反映工业生产中锻件内部微观组织演变过程。采用建立的仿真平台对模锻进行了仿真分析,为锻造工艺设计提供过了理论指导。