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Ni-Ti基形状记忆合金是一种独特的功能材料,对它施以很大变形(8%)后通过加热(形状记忆效应)或者卸载外力(超弹性)均能使其恢复到变形前的形状。这些独特的性能使其广泛应用于医学、航空以及商业领域。形状记忆效应和超弹性的本质为马氏体相变,该相变行为依赖于材料的成分和热处理历史。因此,更好地开发和利用Ni-Ti基形状记忆合金需要对其相变行为有系统的认识。相比Ni-Ti二元合金,Ti-Ni-Nb三元形状记忆合金拥有更宽的相变温度迟滞。这对工程应用来说很重要,因为宽迟滞意味着利用Ti-Ni-Nb三元合金制成的工程部件不需要在低温下保存和运输。另一方面,Ti-Ni-Cu三元形状记忆合金则拥有较高的相变温度和较窄的相变温度迟滞,可以作为很好的驱动材料。这使Ti-Ni-Cu薄膜在微机械领域(MEMS)备受关注。原位衍射实验技术用于研究相变行为具有独特的优势。当试样正在进行热力学测试时,它能实时地反映材料在相变过程中相体积分数、织构、相间应力等微结构演变的信息。鉴于高能X射线和中子的深穿透能力,基于同步辐射的高能X射线(S-XRD)和中子(ND)的原位衍射技术可用于研究块体材料的微结构演变过程。本论文正是结合以上原位衍射技术对N150.1Ti49.9块体、Ti50Ni40.8Cu9.1薄膜和Ni47Ti44Nb9块体三种典型记忆合金的应力诱导相变行为予以深入研究,揭示马氏体变体选择、应力诱导相变行为以及超弹性的微观物理机制,并为构建形状记忆合金材料的功能行为的物理模型提供直接实验证据。本论文结合两相Ni50.1Ti49.9合金宏观应力—应变曲线呈现的四种阶段性变形特征,利用原位中子衍射技术对其变形过程中的微观结构演化进行了分析。奥氏体初始体积份额约22%,在低应变硬化阶段,晶面(110)B2和(002)B19应变的相反转变表明出现了应力诱发马氏体相变,奥氏体体积份额迅速减小,产生了<011>Ⅱ型孪晶；同时初始马氏体也开始发生再取向,随着应变量的增加,开始出现新的{20-1}型马氏体孪晶,这种孪晶引起的应变卸载不能回复。在高应变硬化阶段孪晶变形起主导作用,衍射峰半高宽变化较小；而在应变硬化饱和阶段则以滑移机制为主,大量位错的产生使衍射峰半高宽显著增加。本论文利用同步辐射技术对未退火以及不同退火温度处理后的Ti50.1Ni40.8Cu9.1薄膜进行了原位拉伸观察。对于未退火样品,拉伸的初始阶段主要为马氏体的弹性变形,随后发生解孪晶,引发马氏体变体再取向。解孪晶过程直接导致拉伸方向形成很强的<020>丝织构而垂直拉伸方向形成很强的<002>丝织构。对于650℃退火样品,首先发生奥氏体相的弹性变形,随后是应力诱导的马氏体相变。本论文利用高能X射线原位研究了Ni47Ti44Nb9块材在温度场和应力场耦合条件下的微结构演化过程。与温度无关、发生在Ni47Ti44Nb9块材中的应力诱导马氏体相变所生成的马氏体变体以品面(001)垂直于拉伸方向((hkl)⊥LD)的变体类型为主。然而,低温下的拉伸变形过程比室温更为复杂。实验发现室温下拉伸只出现了<011>Ⅱ型孪晶,而低温下拉伸则出现了三种以上的孪晶类型。马氏体相(B19’)的孪晶类型在Ni47Ti44Nb9块材的变形过程中起着重要作用。