大型锻件是火电、核电、石化等国家重大技术装备的关键部件和产品。大型锻件生产能力、技术水平、质量性能在很大程度上标志着一个国家的经济发展水平。对于生产高要求、高质量的大锻件,自由锻是唯一的成形方法,研究自由锻锻造工艺十分重要。自由锻锻造过程中温度场边界条件是十分关键的工艺参数,它直接影响大锻件的质量和性能。特别是大锻件与自由锻模具的接触换热系数是影响大锻件温度场的主要因素。接触换热系数需要通过有限元数值模拟方法,结合实验测量,运用热传导反问题求解方法来确定。因此,运用可行的接触换热系数反求方法和数值模拟方法,结合实验测量,求解锻件与模具的接触换热系数,为准确预报锻造过程的温度场边界条件提供基础参数,从而制定合理的锻造工艺。本文以有限元数值模拟理论和热传导反问题理论为基础,运用Tikhonov正则化方法,结合有限元软件MSC.MARC有限元分析,以大锻件火电材料X12CrMoWVNbN.10.1.1的实测温度值为已知条件,对锻造过程锻件与模具接触换热系数的进行了反求辨识。具体的研究内容和所得结论如下:通过分析锻造过程热传导过程,得到了大锻件传热边界条件,并给出了大锻件锻造过程瞬态热传导有限元求解方法。基于Tikhonov正则化理论,建立了求解自由锻过程大锻件与模具接触换热系数的正则化泛函,通过后验策略确定了正则化参数,并运用泰勒公式,Newton-Raphson迭代法等数学方法对正则化泛函的求解过程进行了推导。设计了接触传热实验和镦粗实验,并将实测的温度数据作为反求辨识的已知数据,运用Tikhonov正则化方法和有限元软件MSC.MARC,对两组实验中锻件与模具的接触换热系数进行了反求辨识。同时,利用实测温度数据与有限元模拟温度数据进行了比较,结果表明,Tikhonov正则化方法反求结果具有一定的精度和稳定性。以锻造过程传热理论和数值模拟为基础,设计了可行的大锻件自由锻保温方案。针对大锻件与模具之间的接触换热,在接触面上运用硅酸铝纤维毡进行隔热保温;对于锻件与空气的对流换热和锻件侧表面的辐射换热,选用黑度较低的铝作为保温材料,并设计了铝制保温裙套。运用有限元软件MSC.MARC模拟了安装保温裙套下的自由锻成形过程,并与无保温装置的镦粗过程进行了温度曲线的比较。结果表明,保温裙套装置能起到较好的保温效果。