NbTi合金具有较好的中低磁场超导性能、优异的机械加工性能、低廉的加工及应用成本,主要以NbTi/Cu多芯复合线材的形式广泛应用于磁悬浮列车、核磁共振成像仪和国际热核聚变实验堆等工程项目。临界电流密度是NbTi/Cu多芯复合线材应用过程中最主要的超导性能指标之一,可通过优化预变形工艺和多级时效制度调控NbTi合金微观组织以提高超导线材临界电流密度,从而拓宽超导线材应用领域和提高商业化竞争力。本文针对NbTi合金,确定其β/α相变温度,研究分析β/α相变过程,为确定合理的时效温度区间和后续实验结果分析奠定基础;围绕预变形程度对NbTi合金时效后微观组织和硬度的影响进行研究;在此基础上进一步探明多级时效对NbTi合金微观组织和硬度的影响,获得适用于制备高性能超导线材的多级时效制度。研究主要获得以下结论:(1)JMatPro软件计算获得的NbTi合金β/α相变温度为616℃,差热分析法测定值为620℃,综合确定NbTi合金β/α相变温度为61 8℃;NbTi合金低温时效时主要相变过程为亚稳β→β+β’,β’→β+ωiso→β+ωiso+α→β+α,中高温时效时主要相变过程为亚稳β→β+β’→β+α。(2)NbTi合金经多向自由锻加70%单向冷轧较大程度预变形,420℃三级时效后微观组织中存在α相、β相和β’相,其主要相变过程为亚稳β→β+β’→β+α;而经较小程度预变形,420℃三级时效后微观组织中主要为β相,增大预变形程度,有利于α相析出;α相主要沿长条状位错胞壁和晶界分布,尺寸多集中于几纳米至几百纳米;α相和β相晶格错配度为61.3%,为非共格界面;α相含Nb元素和Ti元素分别为9.81wt%和90.19wt%,β 相分别为 59.26wt%和 40.74wt%。(3)NbTi合金经预变形和420℃三级时效后,α相均以再结晶晶粒为主,而β相在预变形程度较低时主要为变形晶粒,在预变形程度较高时主要为亚晶粒;预变形程度较低时,β相小角度晶界和大角度晶界分别为75.46%和24.54%,α相分别为33.82%和66.18%,而预变形程度较高时,β相小角度晶界和大角度晶界分别为64%和36%,α相分别为9.18%和90.82%;随预变形程度的增加,β相由形变织构向退火织构转变,表现为以{112}<110>织构为主 Brass{110}<112>为辅,向以 Brass-R{111}<110>为主{110}<110>为辅转变;NbTi合金硬度随预变形程度的增大先升高后降低。(4)NbTi合金α相体积百分含量随时效温度的升高先增加后减少,随时效级数的增加不断增加;NbTi合金420℃等温相变动力学模型为f=1-exp(-0.0135t0.550);NbTi合金硬度随时效温度的升高不断降低,随时效级数的增加先降低后升高;获得较优的NbTi合金多级时效制度为420℃五级时效。