因母相和马氏体相之间可发生应力诱发马氏体可逆相变,超弹性形状记忆合金（SMA）在加卸载过程中展现的可恢复应变（6-8%）比常规金属材料（0.2-1%）高一个数量级,故在航空航天、医疗器械等领域获广泛应用。近年来,空间探测等极端服役环境（90-400 K温度范围）对SMA的性能提出更高要求,要求SMA在低温、宽温域内保持高超弹应力（相变临界应力）,但现有合金远不能满足要求。其原理性障碍为:（一）超弹应力的温度依赖性高。应力诱发马氏体相变为一级相变,根据Clausius-Clapeyron方程,超弹应力随温度的降低而线性下降（如,NiTi合金为6-7 MPa/K）,故难以在低温、宽温域实现高超弹应力。（二）母相屈服强度不足。当屈服强度低于超弹应力时,位错滑移先于相变发生,这限制了超弹应力和温域的上限。（三）较高的相变温度。现有形状记忆合金的相变温度主要集中在室温附近,相变温度决定了超弹应力的温度下限。我们注意到,NiTi基合金中R相或畸变B2相的超弹应力具有较低温度依赖性。基于此,我们通过元素掺杂,在降低合金相变温度的同时引入R相或畸变B2相,以此降低超弹应力的温度依赖性。并通过大变形非晶化后退火的方式获得纳米晶,提升母相屈服强度。本文采用熔炼、锻造及拔丝的方法制备出1种NiTi Fe合金（含R相）与5种不同成分的NiTi Nb合金（含畸变B2相）丝材,采用高能XRD、SEM、TEM及原子探针等对样品进行微观结构表征,采用原位高能XRD、DSC、DMA及电阻测试探索其温致与力致相变行为,通过在不同温度下拉伸表征其超弹行为。主要研究内容与结果如下:（1）通过真空熔炼、锻造、拔丝及退火制备了含R相的纳米晶Ni45.5Ti50Fe4.5（at.%）合金丝材样品,平均晶粒尺寸为15 nm。样品在77 K至213 K的温度范围内展现出超弹应力最高为1.35 GPa的超弹性。（2）通过对NiTi Nb系列成分合金的系统性探索,阐明了Nb、Ni元素对微观组织及加工性能的影响规律。发现添加Nb元素易在合金中引入脆性组元,而Ni元素的添加会抑制脆性组元的形成。确定了具有良好加工性能的NiTi Nb合金成分,并通过大变形冷拔和低温退火制得NiTi Nb系列成分合金丝材样品。（3）纳米晶NiTi Nb合金丝材在低温、宽温域展现出优异的超弹性能。在77 K-333 K温度范围,平均晶粒尺寸为20 nm的Ni50+bTi50-a-bNba（at.%）合金的上平台超弹应力（正相变临界应力）最高为1.8 GPa,最低为1.4 GPa。且随温度下降,先降低而后升高,呈“U”型曲线变化,温度依赖性由3.19 MPa/K逐渐降至-2.39MPa/K;其下平台超弹应力（逆相变临界应力）最高为1.1 GPa,最低为980 MPa,且随温度呈线性变化,温度依赖性为1.0 MPa/K。此外还发现,改变Nb、Ni元素掺杂量,可有效调整相变临界应力与温域范围,其中Ni50+bTi53-a-bNba-3合金具有最宽的超弹温域范围（77 K-433 K）,同时具有较高的上、下平台超弹应力（1.6 GPa、0.8 GPa）。（4）系列原位降温实验结果表明,在降温过程中,NiTi Nb合金保持平均晶体结构不变,但呈现电子衍射花样弥散化、电阻升高、母相中出现纳米畴（畸变母相,亚稳母相）等异常现象。三维原子探针结果表明,NiTi Nb合金的三种元素均在～8 nm的尺度上呈现成分起伏,其中最大和最小Ni浓度分别高于55 at.%和低于45 at.%。（5）NiTi Nb合金的优异超弹性能主要源于纳米尺度成分非均匀、纳米晶结构和元素掺杂的影响。成分非均匀和亚稳母相的存在降低了超弹应力的温度依赖性。纳米晶结构和固溶提高了母相的屈服强度。Ni元素和Nb元素的掺杂降低了合金的相变温度。