粉末热等静压技术成形的产品致密度高、均匀性好、性能优异,常应用于高性能、复杂结构合金零件及医用植入物的制造,尤其适合钛及钛合金等难加工金属材料的零件成形。成形时,原材料粉末的物理化学特性及几何形状均会显著影响金属粉末成形的致密化行为,以及最终烧结块体合金的组织和性能。采用数值模拟方法,深入研究同种成分不同物性的粉末热等静压的变形与致密化过程,具有重要的理论与实际意义。此外,针对非轴对称类复杂零件热等静压成形的研究将有效拓展该技术的应用。本文主要以雾化法和球磨法制备的两种Ti6Al4V粉末材料为研究对象,在不同条件下,对粉末热等静压成形的致密化过程进行了数值模拟,研究成形过程中粉末流动、压坯密度分布和包套应力分布等变化规律,对比分析同种成分不同物性粉末的致密化行为。并选取人工股骨柄作为典型零件探讨非轴对称复杂零件的HIP模拟方法,为成形工艺优化与结构设计提供理论依据。基于塑性理论,选取修正的Shima模型和Von Mises模型分别描述钛合金粉末体和包套的屈服准则,并分析HIP热力耦合有限元算法,确定接触与摩擦处理方法。通过机械合金化法制备了不规则形状的球磨Ti6Al4V合金粉末,并制定了统一的HIP工艺路线,以及通过相关物理试验测定了Ti6Al4V雾化粉和球磨粉的机械及热物性参数等模拟所需关键参数。分别对Ti6Al4V雾化粉和球磨粉热等静压成形圆柱压坯进行数值模拟,探讨了包套尺寸、粉末物性、初始密度这三种因素对Ti6Al4V合金粉末致密化行为的影响。重点分析了粉末在致密化过程中的流动情况和各典型时间节点压坯相对密度的分布特点,明确了Ti6Al4V粉末的HIP致密化过程。同时通过热等静压成形试验,及零件密度测定、洛氏硬度、微观组织与压缩力学性能等测试试验对模拟结果进行了验证。研究结果表明:在相同的工况条件下,较小的压坯尺寸、较高的初始相对密度及球磨粉原料均在较大程度上有利于合金粉末的致密化;两种粉末的致密化过程均遵循了相对密度先减小后增大的规律,且包套始终存在“边角效应”,同时压坯密度呈现出由外向内、由近包套直角部位的两端向中间依次递减的分布趋势。此外,成形件中层片状的组织结构对塑性的提高有很大贡献,而等轴状组织结构则是主要贡献于强度的提升。在圆柱压坯的研究基础上,针对典型非轴对称类复杂零件——人工股骨柄模型进行了HIP数值模拟,对比分析了Ti6Al4V雾化粉和球磨粉两种粉末在各加载阶段压坯相对密度的分布情况及终态包套的米塞斯应力分布,结果表明其应力分布规律与相对密度的分布关系对应良好,且得出了与圆柱压坯相似的结论。