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WSTi3515S阻燃钛合金是我国近年来研制成功的一种新型高合金化β型阻燃钛合金,具有良好的阻燃性和综合性能,但其晶粒粗大,变形抗力大,加工过程容易开裂,难以通过常规加工方法成形。超塑性成形技术可以有效解决钛合金的加工难变形问题,但超塑性变形是一个非线性过程,超塑性能对温度、应变速率等热力参数非常敏感,且粗大晶粒在超塑性变形过程中会发生显著变化。因此,采用数值模拟的方法,建立预测模型研究热力参数对WSTi3515S合金的超塑性能及微观组织演变的影响,对于预测和控制合金的超塑性能和组织变化,制定合适的超塑性成形加工工艺,缩短工艺周期,具有非常重要的意义。BP神经网络算法和元胞自动机法在塑性加工领域应用广泛。BP神经网络算法非常善于处理非线性系统,且预测精度高。元胞自动机法能呈现晶粒长大和再结晶过程的微观组织动态演化规律。因此,基于BP神经网络法和元胞自动机法,可对WSTi3515S合金超塑性变形过程中的超塑性能和显微组织演变过程进行有效地预测研究。本文以WSTi3515S阻燃钛合金超塑性拉伸试验所获得的力学性能及组织性能为基础,采用BP神经网络算法建立超塑性能预测模型,采用元胞自动机法建立显微组织预测模型,研究超塑性变形过程中合金的热力学行为及组织演变规律。主要研究内容和结果如下:基于WSTi3515S阻燃钛合金超塑性拉伸试验的力学性能数据,以变形温度、应变和应变速率为输入参数,流变应力为输出参数,建立了3×10×12×1双隐含层的流变应力BP神经网络预测模型,流变应力的试验值和预测值的拟合相关系数达0.99963,平均相对误差为1.08%,预测结果与试验数据均吻合良好,表明所建BP神经网络模型精度较高,能够较好地预测WSTi3515S阻燃钛合金的超塑性力学性能。基于WSTi3515S阻燃钛合金超塑变形的组织参数数据,以变形温度、应变和应变速率为输入参数,延伸率、再结晶体积分数和平均晶粒尺寸为输出参数,建立了3×21×14×3双隐含层的组织参数BP神经网络预测模型,各组织参数的试验值和预测值的拟合相关系数达0.99568,平均相对误差为4.34%,预测结果与试验数据均吻合较好,表明所建BP神经网络模型在组织参数数据预测方面具有较高的精度。根据WSTi3515S阻燃钛合金超塑性变形过程的BP神经网络模型预测结果,分别建立了流变应力、延伸率、再结晶体积分数及平均晶粒尺寸三维图。该图能够很好地描述WSTi3515S阻燃钛合金超塑性变形时超塑性能与各热力学参数之间的变化规律,并可对任意变形条件下的真应力-真应变曲线、延伸率、再结晶体积分数和平均晶粒尺寸进行预测。基于元胞自动机原理,结合曲率生长机制及元胞的转变规则,建立了WSTi3515S阻燃钛合金的初始晶粒组织元胞自动机模型,并和试验结果作对比,验证了初始组织模型的可靠性。以初始组织模型为基础,结合动态再结晶理论,建立了WSTi3515S阻燃钛合金超塑性变形的动态再结晶模型。通过不同变形条件下合金变形的再结晶过程模拟,分析了变形参数对微观组织演化过程和再结晶体积分数的影响,该模拟结果与试验结果相一致,表明元胞自动机模型能够较为准确地揭示WSTi3515S阻燃钛合金动态再结晶微观组织演变规律,可为WSTi3515S阻燃钛合金的超塑性变形的组织预测提供理论指导。