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NiTi合金具有良好的记忆效应、超弹性及力学性能,是性能最优良、应用最广泛的形状记忆材料。弹热制冷是利用应力诱发马氏体相变,通过加卸载循环制冷的新型固体制冷技术,其中NiTi合金的弹热性能受到了广泛关注。本文采用冷拉拔和焦耳退火相结合的方法制备连续、直径均匀且表面质量好的NiTi合金纤维,研究热处理对纤维成分、物相、显微组织及马氏体相变的影响,获得晶粒尺寸为微米和纳米量级的纤维,通过研究其超弹性、双程形状记忆效应,分析R相变和B19’相变的对应的弹热性能特点。对冷拉拔后获得的直径170μm的纤维进行热处理,发现1000℃固溶60min后晶粒尺寸为5-15μm(微米晶),而冷拉拔后在450℃时效30-180min后晶粒尺寸为20-40nm(纳米晶)。固溶后的纤维在450℃时效15-2400min,通过差示扫描量热仪(DSC)分析表明时效后的微米晶纤维B19’相变温度随时效时间迅速升高(300min后),相变温差减小;纳米晶纤维中B19’相变受到抑制,只发生R相变;随后纳米晶纤维在300℃下低温时效60-300min,发现R相变温度随低温时效时间增加而升高,其中时效60min和120min的纤维中发生两步R相变。利用动态力学分析仪(DMA)研究NiTi合金纤维中对应于R相变和B19’相变的超弹性和双程形状记忆效应。R相变温度滞后小于5℃,应力滞后小于10MPa,3次超弹性循环即可获得稳定的超弹性;而B19’相变温度滞后大于60℃,应力滞后大于200MPa,所以R相变较B19’相变具有更高的循环稳定性;R和B19’相变均产生显著的弹热效应,300MPa应力下R相变等温熵变值约为20J/kg·℃、B19’相变则为60-80J/kg·℃。B19’相变RC值高达1921.1J/kg,且制冷工作温度区间较R相变要宽,但是B19’相变滞后大,其弹热效应可逆性较R相变要差。对纳米晶NiTi纤维马氏体相变和弹热性能研究发现,纳米晶纤维中不含Ni4Ti3析出相或者含量极低,内应力场小,R相变和B19’相变所需的驱动力小;纳米晶纤维中析出相含量低,减小了相变时的弹性应变能,因此R相变的对称性优于微米晶纤维;另外纳米晶纤维具有较高的屈服强度,其B19’相变超弹性温度区间大于70℃、等温熵变值可达到80J/kg·℃、制冷工作温度区间在30-60℃之间、制冷能力RC值接近2000J/kg,而微米晶纤维中B19’相变超弹性温度区间仅有10℃左右,最大等温熵变值在60 J/kg·℃左右,制冷能力RC值不到400J/kg。综合来看,纳米晶纤维的综合性能明显优于微米晶纤维。