Ni3Al基合金因其优越的高温强度、蠕变和疲劳等力学性能被广泛用作航空发动机热端部件的材料。材料的微观变形机理决定了其宏观力学行为,晶体材料的变形机理主要取决于微细观缺陷的存在形式及运动方式。位错作为金属材料最主要的缺陷之一,近年来被广泛用于Ni3Al基合金微观变形机理的分析和各类本构模型的研究。材料微细观变形机理的研究促进了多尺度模型的发展,微细观变形过程中的力学行为和典型的特征参量可通过多尺度模型跨尺度传递到宏观力学特性。本文针对典型的Ni3Al基合金IC10系统地开展了宏细观试验和变形机理分析,并基于位错变形机理建立了微观本构模型和宏-细观多尺度本构模型。主要研究工作和结论总结如下:（1）针对IC10合金系统地开展了宏观力学性能试验和微观变形机理研究。首先,研究了IC10合金（单晶和柱状晶）在不同温度（298K、673K、973K、1073K和1173K）不同加载方向（加载角0°、30°、45°、60°和90°）下拉伸和压缩的宏观力学特性;其次,利用TEM和SEM揭示了973K和1173K下不同变形阶段的位错运动和晶界变形机理,并分析了微观变形机理和细观几何特征参量对宏观力学行为的影响。（2）分别建立了考虑晶界的柱状晶刚度模型和适用于不同加载方向的统一拉压不对称模型,结合已有材料数据和本文试验数据验证了两个宏观模型的正确性,为多尺度模型的开发提供了模型参数,同时,为多尺度模型的验证提供宏观依据。（3）针对Ni3Al基单晶材料,建立了考虑不同类型位错变形机理的微观本构模型。首先,基于位错理论分别推导了螺位错和刃位错滑移变形率和剪切应力的数学公式,定量考虑了两种类型的位错对细观变形的影响;其次,利用位错密度的观测与测量技术确定了典型变形状态下IC10合金内不同类型位错的位错密度,并给出位错密度演变的数学表达式;最后,基于ABAQUS商业有限元软件,编写了微观本构模型的用户子程序（UMAT）,同时,结合IC10单晶298K和973K的宏观和微细观试验研究结果,完成了模型数据的拟合和模型验证。（4）针对Ni3Al基柱状晶材料,在已开发的单晶微观本构模型基础上,考虑材料屈服后位错与材料晶界的相互作用,建立了晶界微观本构模型,结合IC10单晶、板材IC10柱状晶和棒材IC10柱状晶的宏观试验结果和数值模拟仿真技术,论证了模型的有效性和实用性。分析结果表明:Ni3Al基合金中各个滑移系上各类型位错的位错密度随变形的变化规律与试验结果基本一致;晶界微观模型成功地反映了位错与晶界的相互作用以及位错密度随变形和位置的变化趋势;对比分析了无晶界材料-IC10单晶、晶界弱影响材料-板材C10柱状晶和晶界强影响材料-棒材IC10柱状晶的宏观力学特性,晶界微观模型很好地预测了三类材料的宏观力学特性。（5）基于统计理论和已开发的微观本构模型,建立了多尺度分析模型,并根据不同的微观模型和统计的特性参量,将多尺度模型用于IC10单晶和IC10柱状晶力学行为的预测。预测结果表明多尺度模型的预测精度随统计的特性参量组分的增加而增加,对于IC10单晶的预测,当强化相尺寸范围的子区间数为5时,多尺度模型在材料屈服后的预测误差在6%-8%之间;当子区间数为10时,预测误差在0%-5%之间;当子区间数为15时,预测误差在0%-3%之间。