Inconel 740合金具有优异的高温力学性能,可作为先进超超临界火电机组过热器和再热器管道的主要备选材料。热挤压使材料受强三向压应力可大大提高塑性并显著改善微观组织,是镍基难变形合金管材生产的主要工艺方法。但Inconel 740合金具有变形抗力大、成形温度区间窄和微观组织演化机制复杂等特点,使得热挤压过程组织性能控制难度大,亟需开展管材热挤压过程微观组织演化与热挤压极限的研究。本文采用物理模拟、数值模拟和现场实验相结合的方法,系统研究了 Inconel 740合金的动态再结晶行为及微观组织演化机制,建立了耦合微观组织演化的统一本构模型,应用于热挤压极限图的建立,为Inconel 740合金管热挤压工艺制定提供理论依据。本文的主要研究工作如下:基于Gleeble热模拟实验,提出集成热激活能图和加工图的方式建立了Inconel 740合金的热加工窗口,实现了微观组织演化规律与热变形参数之间的半定量表达。其中热变形激活能图和热加工图分别基于Arrhenius方程、动态材料模型及失稳判据建立。结果表明,热变形激活能的峰值区域位于低变形温度和高应变速率的范围内,且对应于热加工图中的流动失稳区域。基于微观组织表征与分析,研究了 Inconel 740合金热变形过程的动态再结晶特征与规律,揭示了不连续动态再结晶与连续动态再结晶均可促进Inconel 740合金动态再结晶晶粒的形成机制。其中不连续动态再结晶机制包含原始晶界弓出形核、退火孪晶界辅助形核和原始晶界附近动态回复辅助形核,而连续动态再结晶机制则与变形晶粒内部亚晶持续旋转和变形晶粒内局部取向差增加有关。此外,还阐明了微观组织演化的织构特征。变形晶粒的微观织构组分主要汇聚于α-取向线。<101>取向作为变形晶粒的晶体取向,最大极密度较高。而<001>取向是动态再结晶晶粒的晶体取向,最大极密度较低。动态再结晶晶粒内∑3孪晶界的生成降低了最大极密度。考虑Inconel 740合金热变形过程流动行为和微观组织演化规律及它们的物理演化机理,引入动态再结晶起始的临界应变、动态再结晶晶粒尺寸和动态再结晶晶粒形核率等参数,建立了 Inconel 740合金热变形过程耦合微观组织演化的统一本构模型。该模型可准确描述热变形过程中流动应力、平均晶粒尺寸和动态再结晶体积分数的变化规律,并对由应变速率瞬时变化导致速率突变条件下的复杂热变形行为也具有良好的预测能力。基于耦合微观组织演化的统一本构模型,建立了 Inconel 740合金管热挤压过程的有限元模型。应用该模型研究了挤压速度、管坯初始温度和挤压比对挤压载荷、凹模出口处管材的最大温升及心部晶粒尺寸的影响规律,并发现随热挤压工艺参数的变化,挤压管材管头处的最大温升不低于管尾处,而管头处的心部晶粒尺寸总是不同程度的大于管尾处。此外,提出温度约束准则、挤压载荷约束准则和晶粒尺寸约束准则,并考虑微观组织演化特征建立了 Inconel 740合金管的热挤压极限图。典型现场实验验证了所建立的热挤压极限图可实现管材的成形,同时可保证管材的组织性能。该研究为Inconel 740合金管材的组织演化及热挤压工艺提供了理论基础和指导依据。