金属粉末热等静压(Hot Isostatic Pressing, HIP)是粉末冶金中最常用的技术之一。在高温高压同时作用下,包套内金属粉末完成致密化,具有全致密、力学性能优异、近净成形等显著优势,在现代工业生产中具有重要的实用价值。通过数值模拟的方式研究金属粉末HIP致密化规律,预测包套和粉末体在HIP过程中的变形情况,成为该领域的研究热点和前沿。但是,目前尚未形成统一的数学模型精确反映粉末体的变形行为。此外,不同粉末材料HIP致密化后的力学性能特性也有待深入探讨。本文针对其中的一些关键问题进行系统研究,主要研究内容及结论如下：(1)研究了基于多孔材料椭球体屈服准则的Perzyna粘塑性本构模型。通过对不同多孔材料椭球体屈服准则扁率的研究,发现单轴应力模型的扁率与经验模型的扁率非常吻合,单轴应力模型的应力参数可以作为多孔材料椭球体屈服准则中应力参数的统一形式。将多孔材料椭球体屈服准则与Perzyna粘塑性本构模型结合,用于模拟金属粉末在HIP致密化过程中的粘塑性变形行为。(2)用三维热-力耦合有限元数值模拟的方式研究了AISI 316L不锈钢粉末HIP致密化行为。通过对压坯在不同时刻的相对密度、温度场、等效Cauchy应力、致密化历程等方面研究,结果表明HIP早期因材料热膨胀导致压坯相对密度降低,随着温度和压力提高,压坯的相对密度快速提高,当进入保温保压阶段后,压坯相对密度缓慢提高,当进入卸载阶段后,压坯相对密度仍有提高。压坯受变形和温度梯度的影响,在HIP过程中存在相对密度分布不均的现象。经试验对比,包套变形以及压坯内部相对密度分布与预测非常吻合,验证了Perzyna粘塑性本构模型的正确性。最后,研究了制件的力学性能,结果显示,其力学性能的分散性很小,性能优于美国材料与试验协会(American Society for Testing and Materials, ASTM)的相关锻件标准,其中屈服强度高于ASTM标准64%,抗拉强度高于ASTM标准35%。(3)研究了Inconel 625高温合金粉末HIP制件的力学性能。通过一系列高温压缩、常温和高温拉伸试验的研究,结果表明,该合金高温变形时的热变形激活能为503.5kJ/mol,双曲正弦函数的Arrhenius型本构模型可表示为ε=7.389×1017 sinh(0.0057σ)3.51 exp(-503.5×103/(RT))。在200-800℃内,该合金压缩屈服强度处于500-400MPa之间,当温度高于800℃以后,材料的压缩屈服强度快速降低。经HIP成形的制件延伸率低于ASTM相关锻件标准48%,Inconel 625高温合金粉末HIP致密化后,产生的原始颗粒边界显著降低了材料的塑性。通过对该合金粉末HIP成形复杂制件的有限元模拟,发现其致密化历程与AISI 316L不锈钢粉末的规律基本一致,HIP后压坯内部相对密度分布规律与试验结果吻合较好,但是在最低相对密度区存在较大误差。综上所述,通过以上对金属粉末力学模型、材料的力学性能等关键问题的研究,为金属粉末HIP致密化数值模拟的深入研究奠定了基础。