Ni-Mn-Ga合金作为一种典型的铁磁形状记忆合金(Ferromagnetic Shape Memory Alloys,FSMAs),不仅具有大的输出应变(高达~12%),而且同时又有高的响应频率(~kHz数量级),是新型智能材料中极具潜力的感应和驱动材料之一。迄今,对Ni-Mn-Ga合金已展开广泛研究。不过,以往对于Ni-Mn-Ga等合金的微观组织和性能的研究几乎都集中在热场、磁场、机械训练等处理后组织变化与最终性能表现,极少尝试从合金制备阶段就通过施加外场因素(磁场、电场等)调控合金生长方式,改变生长参数,并最终影响和调控组织和性能。本论文通过在Ni-Mn-Ga合金定向凝固凝固过程中施加磁场,考察磁场对合金凝固组织形貌、偏析、取向和马氏体变体分布等多方面的影响,分析定向凝固过程中溶质输运和分布,并结合电子背散射衍射(EBSD)技术对奥氏体、马氏体微观晶体学组织进行取向测定与重构;并在此基础上进一步细致分析了马氏体变体在单轴应力下的退孪生微观演变过程。综合以上研究,主要结论概括如下:研究了在定向凝固过程中纵向磁场的施加对Ni-Mn-Ga合金组织,微观偏析和晶体学取向的影响。发现磁场的施加可以导致枝胞晶组织细化,并促进定向凝固固液界面从枝胞晶逐渐转变为平面晶生长。此效应在磁场强度小于2 T时,随磁场强度增加而增强。结合EDS技术发现Ni-Mn-Ga合金定向凝固组织枝胞晶尺度上微观偏析随着定向凝固生长速度的增大(20μm/s)而增强;而随着磁场强度的增大(2 T)而减弱。数值模拟结果揭示了在定向凝固过程中磁场在枝胞晶尺度诱发的热电磁流动大小和分布。结合理论分析,提出磁场下定向凝固枝胞晶尺寸的减小和枝胞晶的融合可归因于磁场下热电磁流动的形成。另外,发现了在定向凝固凝固过程中纵向磁场的施加导致了非调制Ni-Mn-Ga合金中马氏体变体的取向分布变化。与无磁场下主要由长直板条组成不同,磁场的施加会导致弯曲的短小的马氏体板条出现。利用EBSD分析并重构了不同变体团中马氏体变体的晶体学分布。理论计算了非调制Ni-Mn-Ga合金中不同马氏体变体团在相变过程中所引发的宏观应变,比较后发现在无磁场条件下择优生长的马氏体变体组织所产生的宏观应变更适应于其微观偏析组织。因此,纵向磁场下定向凝固Ni-Mn-Ga合金中非调制马氏体变体分布的改变可以归因于磁场诱发的微观偏析的变化。研究了在定向凝固过程中施加横向磁场对Ni-Mn-Ga合金的固-液界面形貌、宏观偏析及最终晶体组织分布等的影响。发现横向磁场的施加可以使枝晶细化,并改变了固-液界面原有的对称形态,导致其向一侧凹陷。能谱结果显示,在所得凹陷区域和“斑状”区域表现出明显偏析,其中Mn元素富集,而Ni元素和Ga元素相对贫乏。数值模拟结果显示,在定向凝固过程中施加横向磁场,会诱发固液界面处试样尺度的宏观热电磁流动和枝晶尺度的微观热电磁流动,分别导致试样尺度上宏观偏析和枝晶细化。在我们模拟的磁场强度范围内(0.8T),微观枝晶尺度和宏观样品尺度上的热电磁流动都随着磁场强度的增大一直增加,这也和我们的实验结果一致。EBSD结果显示,在定向凝固中磁场诱发偏析导致在奥氏体中形成马氏体团簇;这些马氏体团簇由四个板块组成为菱形组织,并且每个板块实际上由一个较宽的变体和一个较窄的变体交替排列而成。进一步利用EBSD技术证实所形成的马氏体为非调制结构,并标定了马氏体变体的取向,同时计算了其孪晶关系。这为我们进一步研究非调制马氏体形核和晶体学演化提供了良好的素材。研究了非调制结构Ni-Mn-Ga定向凝固样品在轴向压缩应力条件下马氏体孪晶变体的退孪生演化。定向凝固所得Ni-Mn-Ga合金其母相奥氏体沿凝固方向为<001>A取向;马氏体相变后,在样品的横截面有两类马氏体变体团,为了方便叙述分别指定为变体团一和变体团二。其中,变体团一中的变体为平直的长板条;而变体团二中为弯曲的短板条。在微观结构上,非调制结构Ni-Mn-Ga合金中的马氏体板条都是由较宽的主要马氏体变体和较窄的次要马氏体变体交替排列而成。在各次压缩后(累积应变分别达到3%,7.3%和10%),通过手动标定菊池花样获得马氏体变体的取向信息,并进一步计算了各个板条之内的主要变体和次要变体,板条之间的主要变体和主要变体,次要变体和次要变体之间的晶体学关系。分析可知,退孪生在具有较高Schmid因子的马氏体变体孪晶中发生。最终沿压缩方向,只含有取向为<110>NM的变体。此发现不仅加深了我们对马氏体变体退孪生机制的认识,还为马氏体的训练过程提供了重要的指导作用。