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在高速硬态干式切削加工过程中,由于多场耦合的强作用,工件和刀具处在局部高应力、高应变、高应变率及高温下的高速瞬态变化状态下,这就带来了很多新机理研究和对传统切削机理的突破性挑战。大量的研究表明,高速干硬切削已加工表面存在变质层。因此,研究切削变形区高温高应变率下材料的微观组织演变规律对于弄清高速干硬切削表面的形成机理具有重要意义。本文采用数值模拟和实验研究相结合的方法,通过对淬硬GCr15钢和45钢两种材料进行研究,探寻材料内部的微观晶粒演化规律,从而为高速切削加工生产实践中合理选择加工参数、控制变质层形成以及优化高速切削过程提供理论依据。主要内容如下：采用分离式霍普金森压杆进行了淬硬GCr15钢和45钢的动态力学性能试验,得到了它们在高温和高应变率下的动态力学性能。通过分析得到的真应力-真应变曲线,结合材料学的微观分析,建立了两种材料的动态塑性本构方程,并且建立了淬硬GCr15钢和45钢高温、高速变形、热力耦合条件下材料动态再结晶的动力学模型,为元胞自动机模拟高速切削条件下变质层微观组织演化提供准确数据和参数。对淬硬GCrl5钢和45钢进行高速切削实验,对获得的已加工表面进行微观观察,使用扫描电镜(SEM)观察变质层是否存在分层现象,并分析各个层的微结构特征和厚度,探究不同加工条件对变质层的影响。利用ABAQUS有限元分析软件分别对淬硬GCrl5钢和45钢进行高速切削有限元模拟,提取不同切削条件下的温度数据和应力应变等数据。利用MATLAB语言编程,把高温高应变率下淬硬GCr15钢和45钢的动态再结晶演变规律转化为元胞自动机中的计算法则,并将有限元模拟得到的数据耦合到模型中,实现对高速切削条件下表面变质层动态再结晶晶粒长大微观演化的模拟。对高速切削实验得到的试件进行XRD衍射实验,计算出表面变质层晶粒大小,将得到的实验结果与所建立的有限元-元胞自动机模型的模拟结果进行对比,验证模型的正确性与准确性。根据有限元-元胞自动机模型所得的模拟结果,探讨不同高速切削条件下(刀具后刀面磨损和切削速度)对材料表面变质层动态再结晶晶粒大小的影响,探讨晶粒大小对变质层特性的影响。为今后研究高速切削加工生产实践合理选择加工参数、控制变质层形成和优化高速切削过程提供理论依据。