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控形控性是现代材料成形的关键技术，是提升热加工制造技术水平的重要突破口。长期以来，我国重成形制造、轻控性基础，导致成形技术发展粗放，缺少高性能化制造技术。通过改变内部微观结构、应力状态等，发展控性与控形的一体化技术，有望大幅度改善和提高材料性能。在以高温、高压为特征材料成形过程中，所涉及到的温度、应力、应变、应变速率和化学成份等因素共同决定了金属的流动状态、缺陷和微观结构的演变过程。因此，研究材料成形过程中微观结构调控及变形力学具有重要的理论意义和应用价值。
27MnCr5钢是一种高端淬透性齿轮钢，但在该种材料、产品国产化应用过程中，面临着微观结构调控和成形工艺控制难题。基于此，本文以该钢空心齿轮轴径向锻造过程微观结构调控为应用背景，重点研究了混晶（局部粗大珠光体）等组织缺陷形成机制及消除方法，以及齿轮钢临界区变形的微观结构演变、变形力学特性等。论文的主要研究结论如下：
①27MnCr5钢是一种珠光体+铁素体型齿轮钢，其内部存在由粗大奥氏体转变来的混晶组织（数个珠光体团组成）。微观检测表明，混晶中常含有浓度较高的合金元素以及大尺寸的MnS夹杂物。采用均匀化球化退火处理技术，可以降低MnS夹杂物尺寸，促使合金元素分布均匀化，由此消除混晶组织缺陷，获得具有均匀分布的铁素体+珠光体微观结构。此外，小尺寸MnS夹杂物颗粒常充当铁素体形核点，促进铁素体相变。
②27MnCr5钢在热加工过程微观结构演变结果表明，在变形温度低于Ac1（600、650、750℃）、临界区Ac1-Ac3（800、825、850℃），27MnCr5水淬组织分别为纤维状铁素体+珠光体、带有齿形晶界的铁素体+马氏体（少量）。当变形温度处于临界区时，不同应变速率下对应的组织主要或几乎全是铁素体，而无压缩变形的组织主要是铁素体（少量）+马氏体。在低于Ac1（600-750℃）变形组织主要发生动态回复，而在Ac1-Ac3临界区温度（800-850℃）变形组织主要发生动态再结晶与应变诱导铁素体相变。应变诱导铁素体相变可以细化铁素体晶粒，当变形温度850℃、应变速率为1s-1时，最细晶粒达到4.8um。
③实验压缩变形力学关系表明：在低温区（珠光体与铁素体）、高温区（奥氏体），稳态应力随着温度的升高（或应变速率的下降）而降低，而27MnCr5钢临界区变形取决于铁素体与奥氏体协同变形。结合变形力学曲线，构建了以动态回复为主导软化机制的临界区混合定律模型。该模型考虑了临界区变形每种相的差异，可以反映出临界区应力应变变化关系，并能解释临界区应力应变出现的反常变化。
27MnCr5钢是一种高端淬透性齿轮钢，但在该种材料、产品国产化应用过程中，面临着微观结构调控和成形工艺控制难题。基于此，本文以该钢空心齿轮轴径向锻造过程微观结构调控为应用背景，重点研究了混晶（局部粗大珠光体）等组织缺陷形成机制及消除方法，以及齿轮钢临界区变形的微观结构演变、变形力学特性等。论文的主要研究结论如下：
①27MnCr5钢是一种珠光体+铁素体型齿轮钢，其内部存在由粗大奥氏体转变来的混晶组织（数个珠光体团组成）。微观检测表明，混晶中常含有浓度较高的合金元素以及大尺寸的MnS夹杂物。采用均匀化球化退火处理技术，可以降低MnS夹杂物尺寸，促使合金元素分布均匀化，由此消除混晶组织缺陷，获得具有均匀分布的铁素体+珠光体微观结构。此外，小尺寸MnS夹杂物颗粒常充当铁素体形核点，促进铁素体相变。
②27MnCr5钢在热加工过程微观结构演变结果表明，在变形温度低于Ac1（600、650、750℃）、临界区Ac1-Ac3（800、825、850℃），27MnCr5水淬组织分别为纤维状铁素体+珠光体、带有齿形晶界的铁素体+马氏体（少量）。当变形温度处于临界区时，不同应变速率下对应的组织主要或几乎全是铁素体，而无压缩变形的组织主要是铁素体（少量）+马氏体。在低于Ac1（600-750℃）变形组织主要发生动态回复，而在Ac1-Ac3临界区温度（800-850℃）变形组织主要发生动态再结晶与应变诱导铁素体相变。应变诱导铁素体相变可以细化铁素体晶粒，当变形温度850℃、应变速率为1s-1时，最细晶粒达到4.8um。
③实验压缩变形力学关系表明：在低温区（珠光体与铁素体）、高温区（奥氏体），稳态应力随着温度的升高（或应变速率的下降）而降低，而27MnCr5钢临界区变形取决于铁素体与奥氏体协同变形。结合变形力学曲线，构建了以动态回复为主导软化机制的临界区混合定律模型。该模型考虑了临界区变形每种相的差异，可以反映出临界区应力应变变化关系，并能解释临界区应力应变出现的反常变化。