NiTi形状记忆合金具有优异的形状记忆效应、超弹性和生物相容性,是目前最有潜力的形状记忆材料。经过纳米化的NiTi具有更加优良的性能,但纳米晶NiTi合金应力诱发马氏体相变存在循环稳定性差的问题,且机制尚不明确,因此,研究纳米晶NiTi形状记忆合金应力诱发马氏体相变的微观变形机制具有重要的意义。针对上述问题,本文采用冷拔、退火等热处理手段,制备不同晶粒尺寸Ni51.2Ti48.8形状记忆合金线材;并通过固溶和时效析出Ni4Ti3第二相来提高NiTi合金的稳定性、延长NiTi合金的服役寿命和扩大合金应用范围。研究了纳米晶NiTi合金的循环拉伸性能,并分析了纳米晶NiTi相变过程中的变形机理。发现纳米晶样品的拉伸应力-应变曲线中应力诱发相变的拐点发生左移,而超细晶NiTi合金无明显变化,另外纳米晶样品在拉伸后<7 7 11>织构朝着<2 2 3>方向发生明显的迁移,而超细晶NiTi合金则无明显的织构迁移现象;纳米晶的取向分布函数φ2=45°的图则显示<1 1 0>方向的强织构分解为<3 2 0>和<2 3 0>方向的弱织构。上述结果证明了纳米晶NiTi应力诱发相变中的塑性变形机制主要是晶粒旋转。研究了时效对纳米晶NiTi合金相变的影响。发现随退火/时效温度的上升晶粒长大,退火后时效的样品在晶界交汇处析出了Ni4Ti3析出颗粒。随着退火温度（350℃～500℃）升高晶粒尺寸增大,纳米晶NiTi合金相变起始温度Rs会降低,表明晶粒尺寸对纳米晶NiTi合金的相变点影响占据着主要作用。退火后的样品随着时效温度（250℃～300℃）的上升,纳米晶NiTi合金相变起始温度Rs会升高,其主要原因是析出相Ni4Ti3在大尺寸的晶粒中会更加容易产生增多和长大,导致基体内部Ni含量减少,从而使Rs升高;即晶粒尺寸长大后,Ni含量对相变温度的影响将占据主要作用。循环拉伸的测试结果显示时效后的样品比时效前的样品的应力平台下降要小,可知低温时效可以显著改善纳米晶的功能稳定性。研究了纳米晶NiTi合金的微观力学性能。发现晶粒尺寸小于60nm的NiTi合金的R相和B19′相的力学性能呈各向异性,其中R相的微观力学性能对晶体取向的依赖性较弱,而B19′相出现了严重的晶体学取向依赖性。结合马氏体的极图和反极图分析,纳米晶NiTi合金中单变体马氏体在应力诱发马氏体相过程中出现的特定的<1 2 0>方向排列,对取向马氏体织构有很大影响,使马氏体力学性能的各向异性更明显。