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近年来对具有双程形状记忆效应的NiTi合金的研究和应用日益增多。NiTi合金的双程形状记忆效应必须通过一定的“训练”处理才能获得。而约束时效工艺是使NiTi合金具备双程形状记忆效应的一种重要“训练”方法。为了获得优异的双程形状记忆效应和高于室温的相变温度,采用传统约束时效工艺对NiTi合金进行“训练”需经历很长的约束时效时间,即传统约束时效工艺具有较低的“训练”效率。因此,通过改进约束时效工艺,提高“训练”效率,对NiTi合金双程形状记忆效应的研究和应用具有重要的意义。此外,由于NiTi合金在实际应用中长期承受热-力循环载荷,进而反复发生马氏体相变,这种服役条件将导致NiTi合金在未出现明显的结构损伤的情况下发生功能特性（如马氏体相变温度、可回复应变和形状记忆输出应力等）的衰变,导致NiTi合金出现功能疲劳或功能退化。目前,针对约束时效处理NiTi双程形状记忆合金的功能疲劳性能的研究还十分缺乏。因此,很有必要对此展开系统研究,以便为NiTi双程形状记忆合金的设计和应用提供理论指导和参考依据。本论文研究首先针对传统单步约束时效工艺具有的高温时效相变温度低于室温,中温时效导致“训练”时间过长以及低温时效易引发反常双程形状记忆效应的问题,根据固溶体析出热力学和动力学理论,提出了一种适用于Ni51Ti49合金的新型两步约束时效工艺（即500°C/1 h+300°C/39 h）。通过这种两步约束时效工艺能够高效地“训练”Ni51Ti49合金,使其能获得在完全马氏体状态下形状回复率高达96.4%的优异双程形状记忆效应。与常规单步约束时效工艺相比,两步约束时效工艺能有效提高Ni51Ti49双程形状记忆合金的R相变开始温度和结束温度（分别升高至60.2°C和40.9°C）,使Ni51Ti49双程形状记忆合金能适用于工作温度在室温以上的应用场合。两步约束时效工艺在Ni51Ti49合金中引入的择优取向排列的透镜状共格Ni4Ti3析出相（平均长度为149.1±14.3 nm）是使其具备优异的双程形状记忆效应的关键。研究还揭示了约束时效工艺参数、显微组织、马氏体相变以及双程形状记忆效应之间的关系。在上述两步约束时效工艺基础上进一步提出了一种三步（多步）约束时效工艺（300°C/1 h+500°C/1 h+300°C/18 h）。通过这种新型的多步约束时效工艺,在保证Ni51Ti49合金获得具有形状回复率（）、（4）)和（8）)分别为42.6%、59.8%和90.1%的优异双程形状记忆效应的前提下,使总的约束时效时间缩短至20 h,进一步提高了“训练”效率;显微组织表征结果表明,多步约束时效工艺导致择优取向排列的共格Ni4Ti3析出相的平均长度和数量密度分别达到150.3±38.4 nm和123.8±9.6μm-2。研究工作还深入探究了多步约束时效处理过程中的合金显微组织的演变,获得的研究结果为NiTi合金双程形状记忆效应高效训练工艺的进一步发展和优化提供了重要理论参考。此外,针对目前对具有双程形状记忆效应的NiTi合金在长期服役过程中的功能疲劳特性缺乏量化评价的问题,自制了一套形状记忆合金功能疲劳测试系统。利用此测试系统对约束时效制备Ni51Ti49双程形状记忆合金进行了热循环功能疲劳测试、恒拉力-热循环功能疲劳测试以及限制应变-热循环功能疲劳测试。研究结果表明,约束时效制备的Ni51Ti49双程形状记忆合金具有优异的功能疲劳抗力,显微组织稳定性高是其具有优异的功能疲劳抗力的主要原因。另外,通过热循环试验对不同时效工艺处理的Ni51Ti49合金的功能疲劳特性进行了系统研究。研究发现,高温（500°C或550°C）时效处理使Ni51Ti49合金的热循环稳定性变差,随热循环次数增加R→B19?相变温度逐渐降低;550°C/50 h时效处理的Ni51Ti49合金在冷却过程中出现的两个重叠放热峰实际上包含三个不同的马氏体相变过程（多步马氏体相变）,包括一个单步B2→B19?马氏体相变及一个两步B2→R→B19?马氏体相变;本研究提出了一个中等尺度共格应力场不均匀性机制来解释所观察到的多步马氏体相变行为,并揭示了时效工艺对显微组织、马氏体相变行为及功能疲劳特性的影响机制。最后,针对固溶处理的NiTi合金具有较差的功能疲劳特性的问题,系统研究了合金成分对固溶处理近等原子比NiTi合金中马氏体相变的热循环稳定性的影响。对于固溶处理的富Ti成分NiTi合金,合金成分变化对NiTi合金热循环稳定性影响较小;而对于固溶处理富Ni成分NiTi合金,随Ni含量增加合金的热循环稳定性显著提高。对于具有较低Ni含量（50.050.6 at.%）的富Ni成分NiTi合金,热循环将导致合金的马氏体相变转变为两步B2→R→B19′马氏体相变;通过降低热循环最高温度(Tmax)可稳定固溶处理Ni50.9Ti49.1合金中的淬火点缺陷（QIDs）。稳定的QIDs起到了固溶强化和提高B2相与B19′马氏体之间的晶格适配度的作用,进而提高了Ni50.9Ti49.1合金的热循环稳定性,该方法为改善NiTi合金的功能疲劳性能提供了一种新的思路。本研究所发展的方法和获得的研究结果为精确调控NiTi合金的组织和性能及评价其功能可靠性提供了重要理论依据。