本发明公开了一种高温合金晶粒尺寸识别模型的构建方法及系统、高温合金晶粒尺寸的识别方法及系统。该构建方法包括：获取高温合金晶粒的原始样本集，原始样本为高温合金晶粒的超声波特征参数，标签为晶粒尺寸；根据原始样本集，基于高斯分布获得扩充虚拟样本；判断第二预测模型的预测精度是否高于第一预测模型的预测精度，如果是，则确定扩充虚拟样本为有效虚拟样本；其中，第一预测模型为采用原始样本集训练得到的机器学习模型，第二预测模型为采用原始样本集以及扩充虚拟样本训练得到的机器学习模型；采用原始样本集以及有效虚拟样本所构成的重构样本集训练高温合金晶粒尺寸识别模型。本发明扩充了样本量，提高了晶粒尺寸识别的准确度和有效性。