NiTi形状记忆合金作为一种集感知与驱动为一体的新型功能材料,由于其独特的形状记忆效应和超弹性被广泛应用于机械工程和生物医疗等领域,特别是在介入医疗领域中,超过80%的产品利用了形状记忆合金的超弹性。然而,NiTi合金的应用仍面临着严峻的挑战,尤其是在循环载荷下功能稳定性降低的问题,这会限制NiTi合金产品的使用寿命。目前,NiTi合金的原材料多为薄板、细丝和棒材,其厚度或直径介于0.1～10.0 mm之间,通常采用多道次轧制或拉拔工艺生产,且部分NiTi合金作为产品原材料直接使用。常规制备方法获得的NiTi合金,其超弹性的稳定性指标—累积残余应变通常较大。随着现代科技的快速发展,对NiTi合金的功能稳定性要求越来越高,如在机电体系中,NiTi合金产品作为传感器、控制开关、阀门、重要连接器件等,要求材料兼备高灵敏度、高回弹性以及更高的功能稳定性,导致直接使用现有工艺生产的NiTi合金将无法更好地满足现代科技发展的需求。因此,针对NiTi合金轧制态薄板或拉拔态细丝,提出适宜的处理工艺并开展微观结构调控研究,减小累积残余应变,进而提高NiTi合金的功能稳定性,对于促进高性能NiTi合金的发展及其应用水平的提升具有重要的理论意义和工程应用价值。本文以Ti-50.8 at.%Ni合金薄板和细丝为研究对象,自行设计并采用适合于NiTi合金薄板和细丝的形变装置和工艺方法,制定不同工艺条件下的形变热处理与电脉冲处理制度,分别研究形变热处理、电脉冲处理以及形变电脉冲处理等不同处理方式下其工艺参数对NiTi合金微观组织、相变行为和超弹性的影响规律,并通过分子动力学微观组织模拟,从原子尺度上探明形变过程中NiTi合金薄板和细丝的微观组织演变历程,为通过微观组织演变调控NiTi合金的超弹性选择有效的处理方式并制定合理的工艺方案提供理论指导。主要研究工作如下:设计了用于NiTi合金薄板形变的反复拉弯形变装置,实现了 NiTi合金的塑性变形,制定了不同拉弯形变条件下时效处理制度,研究了拉弯形变道次、时效温度以及时效时间对NiTi合金微观组织、相变行为以及超弹性的影响规律。实验研究结果表明:反复拉弯形变可有效细化NiTi合金的晶粒尺寸,并引入大量位错;在热诱发马氏体相变过程中,拉弯形变NiTi合金发生A?M一步相变;拉弯形变辅以时效处理发现,随着时效温度和时效时间的增加,NiTi合金的平均晶粒尺寸增加,位错数量减少,Ni4Ti3粒子尺寸增加、数量增多,相应的超弹性先提高后降低。通过上述微观组织演变的综合分析,揭示了拉弯形变辅以时效处理提高NiTi合金超弹性的内在机制,并获得了最优工艺路径,即7道次拉弯形变辅以350℃×0.5-1 h时效处理,相应的累积残余应变由初始态3.6%减小至0.7%,超弹性稳定性得到了显著提升。采用扭转形变方式开展了扭转圈数和退火温度对NiTi合金细丝晶粒形态、位错分布影响的实验研究,探明了不同扭转形变退火处理条件下微观组织演变对NiTi合金的相变行为和超弹性的影响规律。实验研究结果表明:扭转形变可破碎长条状奥氏体晶粒使之成为细小晶粒,并引入大量位错;扭转形变后冷却过程中发生A→R→M两步相变,相变峰逐渐宽化甚至消失,超弹性的变化规律同样是先提高后降低;经退火处理后在热诱发马氏体相变过程中,NiTi合金的相变序列未发生变化;随着退火温度的升高,相变峰越来越尖锐,位错密度降低,NiTi合金的超弹性性能恶化。通过上述扭转形变和形变退火处理对比分析,确定了 NiTi合金丝材获得良好超弹性的最优工艺条件为20圈扭转形变辅以350℃×0.5 h退火处理,并阐明了在扭转形变退火处理制度下细小的晶粒以及适量的位错是提高NiTi合金丝材超弹性稳定性应具备的微观组织基础。研究了电脉冲处理和拉弯/扭转形变电脉冲处理在不同脉冲频率、导通时间以及不同电脉冲作用时间下,NiTi合金微观组织的演变规律,包括晶粒尺寸、位错、层错、R相以及Ni4Ti3粒子;分析了微观组织对NiTi合金相变行为和超弹性的影响。实验研究结果表明:短时间电脉冲处理可促进热诱发马氏体相变,且电脉冲作用后的NiTi合金易发生多步相变行为;随着脉冲频率的增加,拉弯形变NiTi合金基体内位错密度降低,Ni4Ti3粒子尺寸增加,超弹性变化不大,经过多工艺耦合处理（退火-拉弯形变-电脉冲-时效）,超弹性显著提高;随着脉冲频率和导通时间的增加,扭转形变NiTi合金位错密度降低,超弹性先提高后降低。在上述组织和性能研究的基础上,分别给出了不同形变方式下NiTi合金形变电脉冲处理的最优工艺参数,分析了电脉冲处理的热效应和非热效应作用,对比了相同温度条件下,形变热处理和形变电脉冲处理对NiTi合金微观组织和超弹性的影响,并揭示了电脉冲的作用机理。针对拉弯形变受力特点,为研究NiTi合金薄板以中性层为界不同区域在原子尺度上的微观组织演变过程,采用分区建模方式,分别建立了压缩/拉压结合/拉伸区域单晶模型,施加更符合实际受力情况的应变速率（速度）分布,以探明拉弯形变过程中NiTi合金不同区域的微观组织演变历程。模拟结果分析表明:拉弯形变过程中NiTi合金薄板在壁厚不同区域均发生了马氏体相变,形成了不同的微观形貌,其形貌结构主要受形变方式和应变水平的影响;量化了不同区域的各相含量以及平均位错密度,阐明了拉弯形变过程中位错主要来源于拉弯形变和马氏体相变;对比了拉弯形变模拟与形变实验结果,验证了拉弯形变分子动力学微观组织模拟的准确性。通过上述微观组织演变结果分析,揭示了协调NiTi合金薄板拉弯形变的微观机制为孪晶形成和位错运动,并提出了拉弯形变过程中宜采用大弯角、多道次的形变方式逐渐引入形变量。NiTi合金拉弯形变分子动力学微观组织模拟,为通过拉弯形变调控NiTi合金的微观组织、改善NiTi合金薄板的超弹性稳定性提供了理论指导。针对扭转形变特点,建立了多晶NiTi合金细丝扭转分子动力学模型,观察了 NiTi合金细丝扭转形变过程中晶粒形态演变、马氏体相变、位错分布、原子受力运动等微观信息,研究了扭转形变过程中NiTi合金细丝在原子尺度上的微观组织演变历程。模拟结果分析表明:多晶丝材扭转形变模拟展现了扭转形变过程中晶界迁移运动以及晶粒形态的显著变化,探究了扭转形变过程中应力诱发马氏体相变,统计了各相含量和平均位错密度,给出了扭转形变过程中平均位错密度先增加、后降低且随后基本保持不变的演变规律,分析了位错密度与晶粒尺寸和晶界比例之间的关系,阐明了模型尺寸、晶粒数目、扭转速度、夹持端长度、扭转方向等对NiTi合金的微观组织演变规律无显著影响,扭转形变模拟与形变实验对比表明了多晶扭转形变分子动力学模拟的准确性。综合上述分子动力学模拟结果,揭示了 NiTi合金在连续扭转过程中协调扭转形变的微观机制为晶粒转动和位错运动,并提出了扭转形变过程中需控制引入的形变量以利于NiTi合金获得有助于提高超弹性的微观组织结构。多晶NiTi合金扭转形变分子动力学微观组织模拟,为通过微观组织演变调控NiTi合金丝材的超弹性稳定性并制定合理的扭转形变工艺方案提供了理论依据。