TiNi基合金在航天器中具有广泛应用,其构件常暴露在太空环境中,空间碎片高速撞击是航天器及构件失效的主要因素之一。本文采用火药炮驱动不锈钢弹丸模拟空间碎片对TiNi基合金进行高速撞击,采用仿真模拟与试验相结合的方法系统研究TiNi基合金高速撞击后的马氏体相变、微观组织结构与应变恢复特性,并阐明其变形机制,为TiNi基合金及其构件空间应用可靠性评估提供理论指导及试验依据。利用ANSYS/LS-DYNA软件进行高速撞击仿真模拟,阐明了在高速撞击时TiNi基合金的应力场分布以及应变速率随时间的变化规律。Ti₅₀Ni₅₀合金高速撞击时,未发生明显应力集中,晶界处与晶内应力差别不大。时效Ti₄₉Ni₅₁合金中弥散分布Ti₃Ni₄粒子高速撞击时,应力主要集中在晶界处,Ti₃Ni₄粒子内部及基体中应力均显著低于晶界。Ti₄₄Ni₄₇Nb₉合金高速撞击时,β-Nb粒子与基体界面处出现明显应力集中。三种合金的应变速率均随撞击时间的增加而呈现波动式降低。试验表明,高速撞击Ti₅₀Ni₅₀合金,弹坑边缘存在大量宏观裂纹,弹坑边缘三个不同区域的马氏体正逆相变温度均下降,沿撞击方向马氏体正逆相变温度随着距弹坑底部距离增加而逐渐升高,在距离弹坑底部5 mm处,马氏体正逆相变温度与未撞击试样相同。在撞击影响区,马氏体板条丧失原有的自协作组态,板条碎化,并出现高密度位错。高速撞击时应变速率达4.32×10⁴ s^-1,Ti₅₀Ni₅₀合金的变形机制由静态变形时的孪晶再取向变为位错运动。撞击影响区的显微硬度显著升高,形状恢复率降低,并随着与弹坑边缘距离的增加,硬度逐渐下降而形状恢复率逐渐升高,其原因在于高速撞击时引入的大量位错。采用时效工艺在Ti₄₉Ni₅₁合金中析出椭球状、透镜片状、粗大片状Ti₃Ni₄第二相,表明不同形态第二相显著影响撞击区大小。三种时效Ti₄₉Ni₅₁合金在高速撞击时,弹坑边缘三个不同区域的马氏体逆相变温度略有降低,三种合金沿撞击方向距弹坑底部（0¹ mm）处马氏体相变峰消失,随着距弹坑底部距离的增加,相变峰逐渐明显,当距离弹坑底部2 mm处,具有椭球状和透镜片状第二相的Ti₄₉Ni₅₁合金马氏体正逆相变温度与未撞击试样相似,而具有粗大片状第二相的Ti₄₉Ni₅₁合金距弹坑底部4 mm处,相变温度与未撞击试样相似。撞击后三种合金在晶界处产生大量的马氏体板条并且向晶粒内部延伸,具有椭球状第二相的Ti₄₉Ni₅₁合金位错密度没有显著增加,而具有透镜片状和粗大片状第二相的Ti₄₉Ni₅₁合金位错密度增加。三种时效处理的Ti₄₉Ni₅₁合金的变形机制分别为应力诱发马氏体（球状第二相）,应力诱发马氏体+位错运动（透镜片状和粗大片状第二相）,这与不同形态Ti₃Ni₄粒子对基体的强化程度有关。撞击影响区的显微硬度及形状恢复率升高,并随着与弹坑边缘距离的增加,硬度逐渐下降而形状恢复率先升高后降低。研究表明,高速撞击Ti₄₄Ni₄₇Nb₉合金呈现出与TiNi合金不同的相变行为。弹坑底部边缘区域马氏体相变峰消失,弹坑侧向边缘区域马氏体正逆相变温度均降低。沿撞击方向距弹坑底部（0¹ mm）处马氏体相变峰消失,随着距弹坑底部距离增加,相变峰明显,相变温度逐渐升高,当距离弹坑底部5 mm处,马氏体正逆相变温度与未撞击试样相同。弹坑附近区域呈现局域化组织特征,在弹坑底部出现大量非晶区,组织表现为马氏体纳米晶与非晶共存。在距弹坑底部稍远区域,合金发生应力诱发马氏体相变,应力诱发马氏体在β-Nb粒子与基体界面处形核,并向基体内长大,随距离进一步增加,合金的组织与未撞击试样相似。局域化组织形成机制在于,高速撞击时Ti₄₄Ni₄₇Nb₉合金应力主要集中在β-Nb粒子与基体界面处。Ti₄₄Ni₄₇Nb₉合金在高速撞击时的变形机制为应力诱发马氏体+位错运动。撞击影响区的显微硬度及形状恢复率提高,并随着与弹坑边缘距离的增加,硬度逐渐下降而形状恢复率先升高后降低。