我国对于低温环境用金属材料还没有建立完善的体系,在低温材料领域的研究和发达国家还有很大的差距。目前在低温下常用的金属材料都或多或少存在一些不足。而一些镍基合金不仅具有强度高、热膨胀系数低、耐蚀性好、组织稳定性好等综合优良性能,且随着温度的降低仍能保持较好的塑性,但其低温塑性仍有继续改善的空间。目前国内对超低温环境下使用的镍基合金的研究还不多,而对其低温塑性变形机制的研究则更少。因此设计在超低温环境下塑性好且综合性能优良的新型镍基合金很有意义。本文设计了新型的Ni_57-xCu₂₀Cr₁₅Mo₅Ti₂Al₁Nb_x（x=1、3、5）系列合金（下面用Ni-Nb1、Ni-Nb3、Ni-Nb5分别对三种合金进行表述）。通过多种实验方法对其微观组织结构和力学性能进行了分析,并初步探究了其低温塑性变形机理。Ni-Nb系铸态合金的微观组织均为树枝晶,且树枝晶中各元素偏析不严重。采用铜模吸铸的合金材料的组织具有明显的方向性。随着Nb含量增多,树枝晶组织逐渐细化,粗大的树枝晶逐渐向胞状或网络状枝晶结构转变。合金的基体为固溶体γ-Ni相,晶内有少量的Ni₃（Al,Ti）相析出。经过适当的热处理后,树枝晶完全消失,形成新的柱状晶和等轴晶。析出的Ni₃（Al,Ti）相在热处理后明显增多,且弥散分布于基体相中。随着Nb含量增加,Ni-Nb系合金的屈服强度大幅度提高,而其塑性没有明显降低,其中Ni-Nb5合金的力学性能最好。Ni-Nb5铸态合金室温下的屈服强度为554.6MPa,三种材料在室温压缩变形达60%时均没有断裂。在-150℃时,材料的屈服强度明显增强,Ni-Nb5合金的屈服强度增大到637.3MPa;而塑性也有所降低,压缩变形量达到60%左右时开始发生断裂。经过热处理后,材料的屈服强度和屈强比大幅度提高,Ni-Nb5合金的室温屈服强度增达到749.5MPa;但材料的塑性也明显下降,当压缩应变达到40%左右时材料即发生断裂。根据压缩试样的透射电镜照片分析,并结合ln?_真-ln?_真曲线的分段直线拟合,可以大致将Ni-Nb系合金在-150℃时的塑性变形分为三个阶段。发生屈服至压缩变形量为16%左右时,塑性变形以位错滑移主导的塑性变形机制进行,其主要表现为位错与位错、位错与晶界以及位错与第二相之间的相互作用。当变形量增大到46%左右的过程中,晶粒中不断发生位错墙、位错胞、小角度亚晶界和大角度晶界的重复演变,晶粒不断细化并形成纳米晶,晶体内同时也开始形成变形带,并有少量孪晶出现。当压缩变形量进一步增大到60%左右的过程中,晶体中纳米晶化程度不断增大,并开始形成弥散的非晶区。位错运动难以继续进行,晶体中出现了大量的孪生变形而形成大量孪晶。而且晶体中开始出现扭折带,直至材料发生断裂。