NiTi形状记忆合金由于具有超弹性、形状记忆效应、优异的力学性能与良好的生物相容性现在已成为重要的生物医用材料之一。随着研究的不断深入，NiTi合金的疲劳和断裂成为阻碍其应用的最重要的因素。因此，NiTi记忆合金高周疲劳机制、裂纹的形成和传播、及马氏体相变的影响等问题引起了科技工作者和科学家们广泛的关注，并成为目前NiTi形状记忆合金研究的热点。 论文利用X射线、扫描电镜、电子背散射衍射(EBSD)技术、透射电镜和高分辨透射电镜等研究手段，通过微结构观察和力学分析，从微观层面和原子层次揭示了NiTi形状记忆合金高周疲劳和断裂的失效机制，研究了马氏体相变对合金的高周疲劳和断裂的影响。主要结论如下： 1．通过高周疲劳实验研究了再结晶状态NiTi形状记忆合金在不同平均应变下循环变形的力学机制，结合透射电镜对循环变形后材料的微结构进行观察，分析了NiTi合金在不同平均应变下表观杨氏模量循环硬化与软化效应，通过分析认为重结晶状态的NiTi形状记忆合金高周疲劳的机制为：在奥氏体变形阶段的疲劳是由于奥氏体中的位错导致的；在马氏体与奥氏体共存的状态下，疲劳主要发生在应力诱发马氏体相中。 2．利用高周疲劳过程中的力学变化研究了超弹性NiTi形状记忆合金疲劳寿命的平均应变效应，发现由于NiTi合金中的非均匀马氏体相变导致其疲劳寿命随着平均应变增加而增大。利用高分辨透射电镜对NiTi形状记忆合金中微结构的变化进行观察，发现了孪晶界面的肖克莱偏位错，并通过模拟的方法重构出位错芯结构；通过微结构的研究，分析了不同平均应变下NiTi记忆合金循环变形过程中循环硬化与软化的机制。 3．利用扫描电镜对不同温度下NiTi记忆合金断裂机制进行观察分析，并通过高温和室温条件下准原位的EBSD方法研究了NiTi记忆合金断裂的晶体学机制。研究发现，在温度高于应力诱发马氏体相变温度Md时，NiTi合金发生由滑移导致的准解理断裂机制，裂纹主要沿着奥氏体相的{110}低指数面扩展；在室温状态下，NiTi合金发生由应力诱发马氏体相变导致的准解理断裂，马氏体相变起到了一定的韧化作用，但是不能改变裂纹扩展的方向，裂纹主要沿着残余奥氏体相的(110)和(100)低指数面扩展。 4．通过不同温度下的过载断裂和缺口试样拉伸断裂实验，分别对马氏体相变对NiTi合金延展性和断裂韧性的影响进行了研究。对缺口试样拉伸断裂的研究发现，马氏体对NiTi形状记忆合金的裂纹钝化效应主要是由应力诱发马氏体的扩展过程引起的。马氏体相变对NiTi合金断裂的影响为：当样品的断裂韧性Kc高于马氏体扩展的临界应力集中系数KIe时，裂纹在扩展之前发生的马氏体扩展过程吸收了裂纹扩展能，样品在缺口处发生缩颈，样品表现宏观的韧性断裂；当断裂韧性Kc低于马氏体扩展的临界应力集中系数KIe时，裂纹尖端应力诱发的马氏体相较少，这些少量形核的马氏体降低了NiTi记忆合金的断裂韧性，材料宏观上表现为脆性断裂。