亚稳β型钛合金凭借其较低的模量、较高的耐腐蚀性以及优异的生物相容性日渐成为生物医用材料研究领域的热点。然而,亚稳β型钛合金因β稳定化元素含量不足导致的应力诱发马氏体相变会大幅度降低合金的强度,无法满足生物医用材料对高强度的需求。前期我们课题组通过降低β稳定化元素含量并辅以适当的热-机械处理制备出兼具超低模量和高强度的亚稳β型Ti-33Nb-4Sn合金,但其中涉及的关键科学问题:马氏体相变与力学行为的相关性尚不清楚。本文采用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、原位同步辐射(SXRD)和力学性能测试(Tensile test)等测试方法系统地研究了Ti-Nb-Sn合金中马氏体相变对合金力学行为的影响,旨在揭示合金中马氏体相变、微观组织演化以及力学行为三者之间的内在相关性。具体研究内容和结果如下:我们先对不同热-机械处理状态的Ti-33Nb-4Sn合金单次拉伸过程中马氏体相变对力学行为的影响进行了研究。研究结果表明,亚稳β型Ti-33Nb-4Sn合金经800℃固溶1h淬火后,因合金中发生大量的应力诱发马氏体相变,合金在拉伸过程中呈现“双屈服”现象。固溶态Ti-33Nb-4Sn合金经冷轧变形后,呈现出“非线性”的变形行为。这主要归因于冷轧变形引入了大量的位错和晶界,迟滞了拉伸过程中的应力诱发马氏体相变。冷轧态合金经425℃时效30min后,α"马氏体消失,高密度的位错和晶界使得β相稳定性显著提高。因此,合金中不再发生应力诱发马氏体相变,故而合金呈线弹性变形。由此可知,Ti-33Nb-4Sn合金单次拉伸过程中马氏体相变会对的力学行为产生显著影响。然而,应力诱发α"马氏体和残余β相在循环拉伸-卸载过程中对应力的响应特性尚不清楚。因此,我们对不同热-机械处理状态的Ti-33Nb-4Sn合金循环拉伸过程中马氏体相变对力学行为的影响进行了研究。研究结果表明,固溶态Ti-33Nb-4Sn合金两次拉伸-卸载过程中的变形行为不同。第一回合拉伸呈“双屈服”现象且卸载后应变不能完全回复,第二回合拉伸呈线弹性变形且卸载后无残余应变。这主要归因于第一回合拉伸过程中合金发生了激烈的应力诱发马氏体相变,且大部分应力诱发马氏体相变不可逆。经第一回合拉伸-卸载后残余的少量的β相具有高稳定性,合金中应力诱发马氏体相变程度低且全部可逆。冷轧态合金经2%预变形后拉伸过程中应力诱发马氏体相变程度低且连续发生在较宽的应变范围内。因此,冷轧态合金拉伸过程中呈线弹性变形。基于上述研究结果:通过激烈的塑性变形引入的大量晶界与位错,能够有效迟滞合金中的应力诱发马氏体相变,使(β+α")的双相钛合金兼具超低模量和高强度,不同于过去人们认为的(β+α")双相钛合金不具有良好的工程应用前景。因此,我们在二元合金(便于工业生产和应用)Ti-36Nb中进行了尝试。研究结果表明:冷拔态Ti-36Nb合金经一次拉伸-卸载的预变形后,呈现出线弹性变形。合金强度达到~890MPa,弹性应变量达到2.4%,优于目前大多数钛合金,有望在生物医用领域得到广泛的应用。