镍钛形状记忆合金（以下简称NiTi合金）因为具有优良的形状记忆效应和超弹性，而被广泛应用于医学、航空、航天、军事和民用等工程领域。塑形加工是使NiTi合金从原始铸锭走向工程应用必不可少的重要手段，而且塑形加工会影响NiTi合金的形状记忆效应和超弹性。尤其是冷塑性变形，可以在NiTi合金内形成高密度位错和孪晶等亚结构，随着塑性应变的增加，当施加大塑性变形（SPD）时，会形成纳米晶甚至非晶NiTi合金，对于提高NiTi合金的超弹性具有重要的意义。然而，NiTi合金在冷变形条件下塑性不高，变形抗力大，成形困难，在奥氏体状态下还容易诱发马氏体相变，其变形机制尤为复杂。因此探索新的NiTi合金冷塑性成形方法，实现NiTi合金的大塑性变形，制备纳米晶和非晶NiTi合金，一直是国内外学者致力研究的重要课题。本项目提出了一种局部包套压缩塑性变形技术，即在NiTi合金试样外部施加高塑性的金属套环，使NiTi合金处于三向压应力状态，以提高NiTi合金的塑性，实现镍钛合金的大塑性变形，可以制备纳米晶和非晶NiTi合金。本论文以近等原子比NiTi合金棒材为原始研究材料，通过NiTi合金局部包套压缩工艺实验，结合金属塑性成形力学，采用金相显微镜、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪（DSC）、扫描电镜（SEM）、透射电子显微电镜(TEM)等测试设备系统地研究了NiTi合金局部包套压缩变形行为、组织演变规律，为制备纳米晶和非晶NiTi合金提供了重要的理论基础。原始近等原子比NiTi合金基体中的晶粒是大小不均、多边的等轴晶，平均晶粒尺寸约25μm。基体中的相主要是立方结构奥氏体NiTi合金。测得奥氏体的相变温度A_s=-17.3℃，A_f=-4.1℃；马氏体的相变温度M_s=-27.2℃， M_f=-41.7℃。以金属塑性力学为基础，将平衡微分方程和塑性屈服准则联立，求解了NiTi合金局部包套压缩塑性力学问题，结合NiTi合金局部包套压缩应力应变曲线，求解了NiTi合金局部包套压缩时的等效应力和静水压力。理论分析和实验结果表明，随着金属包套直径的增加，静水压力增加，可以抑制NiTi合金的脆性断裂，显著提高了NiTi合金的塑性，当金属包套直径在10mm以上时，可以实现NiTi合金的大塑性变形。当应变小于0.15时，NiTi合金经历弹性变形和应力诱发马氏体相变两个阶段；当应变介于0.15~0.5之间时，NiTi合金满足密席斯屈服准则；而当应变大于0.5时，随着非晶或纳米晶的出现，NiTi合金不再满足密席斯屈服准则。研究了NiTi合金在室温下局部包套压缩不同变形程度下的组织演变规律，NiTi合金在室温下的变形过程包括奥氏体的弹性变形、应力诱发马氏体相变、应力诱发马氏体的弹性变形和应力诱发马氏体的位错滑移塑性变形。应力诱发马氏体相变、变形孪晶和位错滑移在变形过程中起主导作用。在变形程度为25%时，变形初期，奥氏体NiTi合金发生应力诱发马氏体相变，进而形成变形孪晶和位错亚结构；在变形程度为50%时，位错密度继续增加，开始有少量纳米晶和非晶出现；当变形程度达到80%时，几乎形成了完全的纳米晶和非晶NiTi合金。研究了NiTi合金在低温（-150℃）局部包套压缩不同变形程度下的组织演变规律，NiTi合金在低温下的变形过程包括马氏体的弹性变形、马氏体的再取向（或伴有马氏体的去孪生）、马氏体位错滑移塑性变形。塑性变形后滑移系的开动导致大量了位错的产生，马氏体界面的阻碍作用使得位错在界面处塞积，稳定了马氏体的组织形貌。故在去除应力回到室温时，可观察到马氏体组织的形貌，但晶体结构由于不受位错影响，在温度的驱动下又回到了奥氏体状态。在低温大变形后试样的基体中主要是立方结构的奥氏体和残留的少量马氏体纳米晶，变形特别大的部位可得到大量的非晶和纳米晶。