近等原子比NiTi合金由于具有形状记忆效应、超弹性变形能力以及良好的生物相容性等而成为最有应用价值的智能合金材料之一。NiTi合金这些优异的特性与其中的相变行为有着内在的关联,NiTi合金中常见的相变包括B2-R和B2-B19′等转变;除了上述马氏体型相变外,NiTi合金中的Ni₄Ti₃析出型相变对上述马氏体相变又有着复杂的影响,导致马氏体相变出现多步特性。系统研究Ni₄Ti₃相的沉淀析出行为有助于从根本上掌握NiTi合金中相变过程的全貌,深化马氏体相变理论;由于实验研究的复杂性、高成本及耗时,计算机模拟成为有效的补充或替代研究手段。本论文工作首先建立了适合描述致密及多孔NiTi合金中马氏体相变（包括B2-R和B2-B19′转变）的相场模型;研究了致密NiTi合金中B2-R相变在三维和二维上的微观组织演化;创新性地模拟表征了多孔NiTi合金中B2-R的相变行为,系统研究了多孔NiTi合金中孔隙率和孔尺寸对R相变体生长动力学行为的影响;同时预测了B2-B19′相变中存在的孪晶模式。随后深入研究了致密及多孔NiTi合金中Ni₄Ti₃相的沉淀行为,模拟出Ni₄Ti₃相的析出形貌以及长大过程,并阐明了Ni₄Ti₃相的生长动力学问题,同时揭示了外加应力对上述研究对象的影响。在此基础上考察了不同Ni原子初始浓度、晶界及外加应力对NiTi合金双晶体系中Ni₄Ti₃沉淀行为的影响。针对多孔NiTi合金体系的非均匀特性,分别研究了含有纳米和微米尺度孔隙的NiTi合金体系中Ni₄Ti₃相的沉淀动力学问题,阐述了外加应力大小和应力方向以及孔尺寸对Ni₄Ti₃沉淀过程的影响;提出了“体积元”处理方法并系统研究了Ni₄Ti₃变体在体系不同“体积元”的析出形貌,表征了变体的面积分数、长度以及尺寸分布随时间的变化关系,获得了体系中不同位置处Ni₄Ti₃沉淀相的分布规律。模拟结果表明,致密及多孔NiTi合金中R相变体均以相互协调的方式形成“带状”的三维结构和“鱼骨”状的二维组织,变体之间形成{101}_B2和{001}_B2两种孪晶面,4组变体相交于<010>_B2。多孔NiTi合金中R相优先在孔周围形核且较大的孔周围有较多的变体形核;R相变体的平均尺寸随孔隙率增大而逐渐减小,随孔径增大而增加;而变体的尺寸均匀性则随孔隙率增大而提高,但对孔径大小不敏感;孔隙数量越多且孔径越小,则B2-R转变越倾向于产生均匀而细密的R相组织。对B2-B19′相变过程的模拟结果表明,相变过程中马氏体变体之间将发生自协调作用;所建立的相场模型能准确且直观地预测B2-B19′相变中存在的I型孪晶模式。对NiTi合金中Ni₄Ti₃沉淀过程的相场模拟结果表明,Ni₄Ti₃沉淀相的长度、宽度和面积分数随时间的变化分别遵循指数、线性和对数关系,且其长度与宽度的比值在生长初期有较大的增加而随后逐渐稳定;模拟结果能很好地解释沉淀相盘状及透镜状形貌特征形成的原因并与相关实验研究结果吻合。模拟结果表明,NiTi合金在无外加应力作用的时效过程中4组Ni₄Ti₃变体均沿着各自对应的（111）B2惯习面从NiTi基体相中析出,而在[111]_B2方向施加压应力时则只有一组Ni₄Ti₃变体从NiTi基体相中析出。外加单轴压应力可促进Ni₄Ti₃变体的形核和长大,但并不改变变体的面积分数、长度、宽度以及长度-宽度比等参数随时效时间变化的趋势;外加压应力增大使变体长度及宽度均略微增加,但均小于无应力作用下的情形。对NiTi合金双晶体系时效过程中Ni₄Ti₃沉淀行为的模拟研究表明,当体系的Ni原子初始浓度相对较低时,无应力作用时Ni₄Ti₃以非均匀的方式析出,其中晶界上存在大量的Ni₄Ti₃变体,晶界内大部分区域无变体;当体系的Ni原子初始浓度较高时,Ni₄Ti₃在整个双晶体系中均匀析出。一定大小的外加应力将直接导致Ni₄Ti₃变体均匀析出于整个模拟体系,而两晶粒中变体的类型分布有所不同。模拟还揭示出,在双晶体系中晶界对于产生非均匀分布的Ni₄Ti₃变体而言是一个必要但非充分的条件,晶界的作用与浓度及外加应力有关,外加应力对变体分布的影响在较低Ni原子初始浓度的NiTi体系更为敏感。对多孔NiTi合金中Ni₄Ti₃沉淀行为的相场模拟结果表明,较大的压应力能促使更多Ni₄Ti₃变体在孔周围析出,与孔径大小无关;相对于小孔,大孔周围有更多的变体形核并长大;单轴压应力的作用促使Ni₄Ti₃变体的析出具有区域选择性。模拟结果还阐明了压应力作用下的时效过程导致Ni₄Ti₃沉淀相在不同的体积元具有不同的组织形貌及析出特性;孔周围的Ni₄Ti₃变体倾向于形成一种梯度型的组织,梯度不仅表现在整体的变体数量上,还表现在单个变体的数量上。模拟结果还表明,变体的平均尺寸与距孔的距离有关,而变体尺寸分布的均匀性随时效时间和外加应力而略微降低,相对于外加应力方向,垂直于外加应力方向上变体分布的均匀性相对较差。