重大设备的关键部件往往是由锻件制造而成,需要通过热锻成形来满足其较高的力学性能要求,由于热锻成形兼具变形和变性两大特点,所以,要想获得最优的热锻工艺,更好地改善锻件的性能,需要将锻件的宏观变化和微观组织演变结合起来进行研究。单纯依赖物理实验将需要很高的成本,并且有些内部的物理现象也难以观察,但数值模拟技术能够很好地解决这些问题。因此,开发热锻成形多尺度模拟软件来研究锻件的宏观变化和微观组织演变,并运用其实现锻件的“全工艺过程”控制和工艺优化以达到对锻件进行控形控性的目的,具有十分重要的工程指导意义。本文采用准耦合分析的方法对热锻成形的宏观变化和微观组织演变进行了耦合分析。针对实际工程中的变温变应变速率情况,对动态再结晶相关模型、静态再结晶相关模型以及晶粒长大模型进行了离散化处理,使之适应于对变形各增量步进行叠加计算。对多道次热锻成形过程中再结晶对后续道次材料变形的影响问题,通过再结晶百分数“剔除”了被再结晶消耗掉应变能的应变,定义了“仍具材料硬化能力”的残余应变,给出了后续道次计算所用的修正应变的计算方法。对空洞型缺陷演化模型和热成形开裂模型也分别进行了离散化处理,使之适合于增量步的累加计算。采用Fortran语言开发了DEFORM-3D用户自定义子程序,包括流动应力子程序和热锻成形微观组织演变、空洞型缺陷演化及热成形开裂趋势预报的多尺度模拟子程序。采用C#语言在Visual Studio工具软件中开发了多道次热锻成形模拟软件。将开发的DEFORM-3D用户自定义子程序进行联合编译,通过多道次热锻成形模拟软件导入到DEFORM-3D中,实现了多道次热锻成形多尺度数值模拟。通过长方体试件的双道次拔长实验、内置空洞的PbSb3铅试件的镦粗与拔长实验和锥形试件的热压缩实验来对热锻成形多尺度模拟软件微观组织演变数值模拟、空洞型缺陷演化数值模拟和热成形开裂数值模拟的计算精度进行了验证。通过不同工艺参数条件下SA508-3钢方钢坯拔长变形的数值模拟,获得了方钢坯比较合适的拔长工艺参数。运用优化后的工艺参数对SA508-3钢钢锭的开坯过程进行了模拟研究,结果表明采用普通平砧锻造法对SA508-3钢钢锭开坯,能够获得质量比较高的锻件。采用不同变形工艺参数对稳压器上封头的终锻成形进行了数值模拟,获得了稳压器上封头比较合适的终锻成形工艺参数。运用优化后的工艺参数对稳压器上封头的终锻成形进行了全工艺过程模拟研究,研究结果表明稳压器上封头锻坯在锻造中开裂的可能性不大,坯料锻后的组织不均匀性严重,预测可通过减少加热时间,降低锻造温度和加大变形量来均匀化组织。