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新型β钛基形状记忆合金因具有低的弹性模量、优良的生物相容性、良好的耐腐蚀性和无毒等优异性能，在生物移植材料领域具有广阔的应用前景。针对β钛合金的马氏体相变诱发应力较低、超弹性回复应变较小以及稳定性较差等问题，本文系统地研究了合金化元素对TiNb合金显微组织和超弹性能的影响规律及机理，并根据d电子理论设计出Ti-Nb-Mo-Sn四元形状记忆合金，研究合金化元素，显微组织（第二相强化，织构和晶粒尺寸）和热加工工艺对该合金的超弹性能的影响规律及其机理。优化了合金的显微组织和超弹性能，为新型无毒钛基形状记忆合金的设计和显微组织优化提供了理论和实验依据。在此基础上研究了不同服役条件对Ti-Nb-Mo-Sn合金的超弹性能的影响。本论文主要工作与结论如下：1.研究了第三种元素（Ta，Fe，Zr，Mo，Si和Sn）对TiNb形状记忆合金的应力诱发马氏体相变和超弹性能的影响规律。研究发现，合金的平均价电子数和合金化元素的原子半径与TiNb合金的马氏体相变诱发应力之间存在明显的相关性，合金的平均价电子数越大或合金化元素的原子半径越小，其马氏体相变诱发应力越大。2.根据d-电子轨道理论设计出一种新型Ti-Nb-Mo-Sn四元形状记忆合金，并研究Sn成分含量对显微组织、变形机理、应力诱发马氏体相变机制和超弹性能的影响规律。研究结果表明，随着Sn含量的增加，Ti-Nb-Mo-Sn合金的主要变形机理由孪晶首先转变成马氏体相变，最终转变成滑移；大量的ω相存在或Sn元素的强化作用提高了该合金的马氏体相变诱发应力，进一步改善了其超弹性能。3.系统研究了热加工工艺对Ti-7.5Nb-4Mo-2Sn合金的应力诱发马氏体相变机制和超弹性能的影响规律。研究发现，适量纳米尺寸的第二相（和ω相）颗粒能够显著地提高合金的马氏体相变诱发应力，进而改善合金的超弹性能；而合金中存在的多重强织构可显著地抑制马氏体相变，进而提高其马氏体相变诱发应力，但同时强烈阻碍马氏体逆相变，因此对该合金的超弹性能改善效果不明显。4.利用回复与再结晶的方法制备出了超细晶β钛合金，并研究晶粒细化对超弹性能的影响。研究结果表明，马氏体相变诱发应力与晶粒尺寸之间的关系符合Hall-Petch公式，其中Hall-Petch斜率κ大约为0.27MN/m3/2。5.研究了服役条件对Ti-7.5Nb-4Mo-2Sn合金超弹性能的影响。研究发现塑性变形、加载温度、加载应变率和循环加载卸载等加载条件对合金的超弹性能的影响十分显著；经过循环加载卸载训练，该合金表现出更为优异的超弹性能。