对金属材料的体积成形而言，不同的特征尺寸或晶粒尺寸会对其流变行为带来显著影响，但现有研究大多将塑性变形过程进行简单的等比化处理，从而不能为生产实践提供准确的指导。本文以热压缩实验为基础，结合应力应变曲线、加工图以及晶体塑性理论，从宏观和微观的多尺度探讨了坯料特征尺寸以及相对晶粒尺寸对流变行为的影响。首先进行了TC4钛合金的Gleeble热压缩实验，得到了不同条件下的应力应变曲线，以及变形温度、应变速率等因素对金属流变性能的影响等基础数据；其次，尝试从应力应变曲线、加工图、微观组织演变、多晶体特征尺寸、晶粒尺寸、变形织构、摩擦等宏观和微观方面，多尺度探究体积成形中的尺寸效应。主要结论如下：①TC4合金在实验范围内对应变速率、变形温度以及应变均敏感。其中，流变应力随应变速率增大而增大、随温度升高而减小。根据BP神经网络构建的预测模型对预测工作具有良好的容错和泛化性能，预测值能够有效追踪整个变形温度和应变速率范围。由TC4实验数据绘制的加工图判断，材料加工过程中的失稳区主要集中在中低温区域。应变增加，失稳区增大，并且高速率时，局部发生动态再结晶，低速率时，晶粒群局部出现未球化的α相，易失稳。高温低速率时，α相球化效果显著，出现一定数量的细小等轴组织和片状组织，具有良好的综合力学性能。②特征尺寸不同晶粒尺寸相同的试样，随着尺寸减小，对应的峰值应力增大，出现“越小越强”现象。材料尺寸不同，对应的可加工区域也有所不同。③“越小越强”基于微观组织演变的解释为：大尺寸的试样有相对更多的α相转化为α+β相，具有更多的滑移系，更小的变形抗力，对应着更小的应力。④“越小越强”基于晶体塑性理论的解释为：特征尺寸不同晶粒尺寸相同的多晶体，尺寸较小时，对应的晶粒数目较少，晶体在变形过程中，应变分布更加不均匀，从而在整体变形量较小时，晶体局部区域产生了较大的应变和应力集中。⑤相同的多晶体，织构强度增加，多晶体在变形初期对应的屈服应力和峰值应力增大。具有变形织构或摩擦的多晶体，同样出现“越小越强”的尺寸效应，并且随织构强度或摩擦系数的增加，应力曲线在变形后期均缓慢下降。