随着现代形变理论的发展,对结构钢热塑性成形的研究工作已经不再局限于宏观流变应力行为的研究,而是着重于内部微观组织的变化过程和力学性能的预测与控制的研究。由于钢在热变形过程中要经历一系列微观组织的变化,如动态/静态回复与再结晶、晶粒长大,以及热变形后冷却过程中的组织转变等,因此建立结构钢热变形过程中宏观参量和材料微观组织演变之间的量化关系,即数学模型,是现代塑性成形技术发展的一个重要内容,也具有更加重要的应用价值。本文从晶粒尺寸角度出发,创造性地提出晶粒形变度的概念,并建立了一个既具有微观物理基础,又能描述结构钢实际生产的热变形行为的数学模型。该模型既能描述结构钢热变形过程中发生动态再结晶前的强化阶段,又能描述动态再结晶后的软化阶段的热变形行为。对多种结构钢的计算表明,本模型计算结果与试验值能够很好地符合,且比其它模型的计算精度更高;尤其是在处理动态再结晶后软化阶段的应力值时,显示出其它模型不可比拟的优点。此模型克服了现有宏观机制模型缺乏物理基础、而微观机制模型的计算式复杂且难于应用到实际生产的不足,具有受分界点位置的影响小且拟合曲线自然连续、无间断点等特点。通过Gleeble-1500 热模拟实验机的物理模拟实验,系统地研究了在接近于实际锻造工艺的条件下,发生加工硬化、动态回复或动态再结晶时35CrMo 钢高温奥氏体晶粒尺寸的演化过程,及应变量和高温停留时间对奥氏体晶粒尺寸的影响规律。研究表明:在整个热变形及随后的高温停留时间内,奥氏体晶粒形状与变形前基本没有变化,晶粒尺寸也比较均匀,晶粒形状无明显压缩变形痕迹;无论其流变应力曲线是动态回复型的还是动态再结晶型的,晶粒尺寸都会随应变量的增加而降低;在变形结束后高温停留的最初10s 内,当变形量较小时,晶粒尺寸基本不变,但变形量较大时,若应变速率较小,则奥氏体晶粒由于亚动态再结晶而明显粗化,若应变速率较大,则晶粒尺寸没有明显变化。本文实验的参数值是根据曲柄压力机的技术参数选取的,所以实验结果可直接用来指导实际生产。在非平衡界面条件下,本文还建立了一个用于描述结构钢热变形奥氏体γα相变动力学混合机制的数学模型。在建模过程中,同时考虑了溶质原子扩