本文系统研究了AerMet100钢热变形行为及热处理过程组织结构演变与力学性能的变化规律。结合最优化理论,获得了较佳的热变形参数,进而制定了AerMet100钢热轧变形工艺,为后续热处理提供较佳的预备组织。基于第一性原理密度泛函理论,表征了合金含量对奥氏体变形抗力的影响,并对时效析出相的性质及其演变规律进行了研究。对AerMet100钢热压缩试验进行了三元二次正交设计,变形温度、应变速率和变形量分别选定为878℃～1121℃、0.061s^-1～16.4s^-1和0.046～0.654。结果表明,原始组织对真应力-应变曲线和晶粒形貌影响很小;随变形温度的降低、应变速率与应变量的增加,流变应力增大,晶粒尺寸减小;随应变速率的增加,真应力-应变曲线中出现由PLC效应引起的锯齿状波动越来越明显。回归获得了热变形激活能Q为483kJ/mol,同时得到热压缩再结晶晶粒尺寸d和流变应力σ与Z参数（Zenner-hollomon）之间的本构关系分别为: d = 1660.5Z^-0.126和σ= 145ε^0.158 ln{( Z (/ 2.03×10¹⁹))^1/8.58 + (( Z(/2.03×10¹⁹)) ^2/8.58 +1)^1/2}。采用BP神经网络方法分别建立了流变应力、晶粒尺寸与变形温度、应变速率、变形量之间关系的数学模型。结果表明:所建立BP神经网络形式的本构模型具有很高精度和预测能力,在试验范围内可实现对任意变形条件下流变应力和晶粒尺寸的预测。对热变形过程的双级目标函数（流变应力与晶粒尺寸）进行线性处理后,建立了反映流变应力与晶粒尺寸综合性能的质量指标函数,采用序列二次规划法对质量指标函数进行最优化分析处理,获得了较易变形且变形后又具有较佳组织的热压缩工艺:变形温度、应变速率和变形量分别为905℃、10s^-1和0.6。并在此工艺下对高温固溶（1100℃×60min）的AerMet100钢进行热轧变形处理后,TEM观察表明,采用上述工艺,消除了供货态基体中未溶的碳化物、孪晶马氏体和微观缺陷,晶粒细化至2.2μm,为后续热处理提供较好的组织准备。进一步研究了热轧态AerMet100钢不同淬火与时效工艺下组织演变和性能的变化规律。揭示了相同保温时间（60min）淬火温度对硬度的影响规律:淬火硬度随温度先升高后降低。当淬火温度为885℃时,硬度达到HRC49.8;超过885℃时,硬度随之下降,当淬火温度为920℃时,硬度为HRC47,得出AerMet100钢淬火温度为885℃。对试验用钢在460℃和480℃时效动力学进行了研究,得出满足最佳强韧性配合的时效工艺是460℃×300min和480℃×60min,对应的强韧化指标乘积分别是105.2和119.1。最终获得了AerMet100钢较佳强韧性配合的热处理工艺:885℃×90min淬火+ 480℃×60min时效,其抗拉强度、延伸率、断面收缩率和冲击韧性分别为1991MPa、19.1%、65.8%和47.6J/cm²。TEM观察表明,淬火态AerMet100钢于不同时效过程马氏体板条内析出的碳化物类型发生了转变。经425℃×60min时效,板条内沉淀出杆状Fe3C型碳化物;在480℃×30min时效,板条内沉淀出细小、弥散分布的正交结构的Fe2-xCx析出相;延长时效时间至180min,板条内正交结构的Fe2-xCx消失,析出M₂C型碳化物。EDS结果指出,基体中Mo含量随着时效温度升高和时间延长而降低,基体中的Cr含量随保温时间的延长先降低后升高,在480℃时效过程中Cr参与了M₂C型碳化物的析出过程,即M₂C的演变次序为（Cr, Mo）₂C→（Mo, Cr）₂C→Mo₂C。基于第一性原理密度泛函理论对AerMet100钢奥氏体变形能力进行表征,研究了合金元素M（M=Co、Ni、Cr或Mo）含量及其占位情况对奥氏体晶胞键集居数、总能量和结合能的影响。结果表明:当Ni替代顶角位置的Fe原子/Co、Cr和Mo分别替代面心位置的Fe原子时,合金元素含量越低,键集居数减小,晶胞总能量升高,原子间结合力降低,晶体易于变形。对低温时效析出相（Fe, M）₃C的电子结构计算指出,合金元素Co、Ni溶入到Fe3C中,降低了形成能;Feg位置原子的态密度曲线变化很小, Fes位置原子的自旋向下态密度峰值向费米面以下漂移,使Feg与Fes位置的原子之间交互作用减弱,其根本原因是Co、Ni降低了（Fe, M）3C结构的稳定性。不同Mo含量的（Mo, Cr）2C电子结构计算表明,随Mo含量的增加,晶胞体积增大,总态密度在费米能级处降低,化合物稳定性提高。对时效析出相形成能计算表明,铁的碳化物Fe₂C和（Fe, M）₃C的形成能均高于（Mo, Cr）₂C的形成能,为亚稳相;而（Mo, Cr）₂C相为稳定相,并随着Mo含量的增加稳定性升高。这种现象与TEM的观察结果相符合,即在时效初期沉淀析出的（Fe, M）₃C碳化物,随着温度升高而逐渐消失;较高时效温度析出的（Mo, Cr）₂C,随时效时间继续延长最终演变为稳定相Mo₂C,这也从电子结构计算层面揭示了AerMet100钢时效析出相的转变过程。