金属环件热辗扩是一个多因素耦合作用下的宏观变形和微观组织演变交互影响的复杂成形过程。研究热力耦合作用和微观组织演变规律，以实现环件成形过程的优化设计达到精确控形和控性，是环件热辗扩成形前沿领域迫切需要解决的重要课题。为此，本文采用数值模拟，并与理论分析、试验研究相结合的方法，对金属环件热辗扩宏微观变形过程进行了系统的研究，主要研究内容和结果如下： 建立了环件热辗扩三维热力耦合刚粘塑性有限元模型，解决了材料模型、单元选取、网格、边界条件处理、摩擦、求解器和增量步长选取等关键问题，试验验证表明该模型是适用、可靠的。 基于DEFORM-3D软件平台，将40Cr钢的微观组织演变计算模型与环件热辗扩宏观有限元计算模型相集成，成功地实现了环件热辗扩过程的传热、变形和微观组织演变的模拟。 对环件热辗扩过程传热、变形和微观组织演变耦合进行了模拟分析，揭示了环坯网格、等效应变、温度场的分布规律。发现环坯塑性变形区经历了由局部小区域扩展到环带的过程，由外层和内层向中层移动，外层和内层为大变形区；环坯的温度分布不均匀，高温区在变形量较大的外层，低温区首先在环坯与成形辊接触的地方，随后转向内层的棱边，接着向外层棱边处扩展。 研究揭示了驱动辊转速、芯辊进给速度、环坯初始温度、摩擦因子等主要工艺参数对热辗扩成形中变形场、温度场和辗扩力的影响规律。结果表明，驱动辊转速及摩擦因子增大、芯辊进给速度及环坯初始温度减小，环坯的非均匀程度增大；芯辊进给速度增大、环坯初始温度及摩擦因子减小，环坯温度非均匀程度减小，而驱动辊转速存在一个最佳值，使得环坯温度分布最均匀；驱动辊转速、芯辊进给速度增大和环坯初始温度减小，辗扩力增大。 研究揭示了热辗扩成形过程主要工艺参数对环坯的动态再结晶体积分数、动态再结晶晶粒尺寸、再结晶体积分数和平均晶粒尺寸的影响规律，为工艺参数的优化、成形环件质量预测与控制提供依据。