塑性微成形技术以其大批量、高生产率、高精度、高可靠性、低成本、无污染以及良好的微型构件性能等优点,成为薄板类微结构件制造的关键技术。塑性微成形中尺寸效应的存在限制了传统宏观成形相对成熟的加工工艺技术和理论在介观尺度塑性成形领域的直接应用。随着航空航天、核工业、武器装备和能源等领域产品微型化的发展,具有优异综合性能的镍基高温合金薄板成为这些领域微型构件的关键材料。由于微观组织和强化机制的复杂性,关于试样厚度、晶粒尺寸和析出相尺寸与含量等多因素耦合作用影响下的镍基高温合金介观尺度塑性变形行为缺乏深入的研究。本文旨在揭示镍基高温合金介观尺度塑性变形机理,为镍基高温合金薄板微结构件成形工艺提供理论依据,对于促进其在介观尺度成形领域的广泛应用具有实际的应用价值。本文设计了高温固溶处理方案、高温时效处理方案、双级时效处理方案,制备了不同微观组织的GH4169合金薄板试样。基于光学显微镜、EBSD、SEM和TEM研究了微观组织演化行为,发现晶粒尺寸随着固溶温度的升高显著增加,δ相和γ″/γ′相随着时效时间的增加其粒径和体积含量显著增加。开展了GH4169合金薄板室温微拉伸实验,分析了试样厚度、晶粒尺寸和析出相尺寸与含量对其微拉伸力学性能的影响,发现流动应力随着晶粒尺寸的增加而显著降低,δ相和γ′′/γ′相导致微拉伸流动应力增加,微拉伸流动应力随着试样厚度减小而降低。系统研究了试样厚度、晶粒尺寸、不可剪切的δ相和可剪切的γ″/γ′相对GH4169合金薄板微拉伸流动应力尺寸效应的影响。固溶态GH4169合金流动应力随着厚径比(t/d)的减小而降低,出现了“越小越弱”尺寸效应现象;含δ相GH4169合金流动应力随着t/d的减小而提高,出现了“越小越强”尺寸效应现象;含γ″/γ′相GH4169合金流动应力随着t/d的减小而降低,呈现“越小越弱”尺寸效应现象。基于表面层模型,考虑晶界强化、析出强化和固溶强化的影响,构建了镍基高温合金微拉伸材料本构模型,揭示了镍基高温合金微拉伸流动应力尺寸效应机理。通过EBSD研究了微拉伸变形过程晶粒取向演化行为,发现晶界取向最大,表明晶界处产生了应变局域化。借助激光共聚焦显微镜研究了微拉伸变形过程试样表面粗化行为,发现试样表面粗糙度随着t/d的减小而增加,随着δ相含量的增加而降低。基于数字图像相关(DIC)技术研究了原位微拉伸变形过程局域应变演化行为,发现随着晶粒尺寸的增加,试样表面会出现严重的不均匀变形,δ相和γ′′/γ′相对位错运动的阻碍作用加剧了应变局域化。基于原位同步辐射X射线断层扫描(SR-CT)技术,实现了GH4169合金在微拉伸过程孔洞演化行为的三维可视化研究,发现在均匀塑性变形阶段合金内部就已经萌生了孔洞缺陷,随着塑性应变的增加,孔洞尺寸和体积含量不断增加,随着晶粒尺寸的增加,孔洞数量逐渐减少。耦合纤维加载机制和位错理论建立了δ相的断裂模型,揭示了微拉伸过程δ相的断裂机理,发现长轴方向接近于加载轴方向的针状δ相最容易发生断裂。塑性变形中晶界和相界阻碍位错运动、试样表面粗化、变形不协调等引起的应变局域化导致合金晶界和相界处孔洞萌生和扩展,引起GH4169合金微拉伸断裂失效。设计加工了介观尺度成形极限测试装置,搭建了基于DIC技术的高精度应变测量的薄板介观尺度Holmberg单轴拉伸测试和Nakazima半球形圆顶冲头胀形测试实验平台。研究了微观组织对GH4169合金薄板介观尺度成形性的影响规律,绘制了不同微观组织的成形极限图,发现介观尺度成形极限存在尺寸效应,随着t/d的减小和γ′′/γ′相粒径与体积含量的增加,合金的成形性能降低。揭示了微观组织对介观尺度成形极限加载过程塑性变形行为的影响规律,发现随着塑性变形的进行,加载路径逐渐偏向平面应变路径方向。随着t/d的减小,试样表面粗化加剧,合金的塑性变形协调性降低,表面层晶粒的变形特性和取向对合金整体变形行为的影响作用增强,析出相限制了塑性变形过程位错的运动,引起应变局域化,降低了合金的成形性能。