所谓超弹性是指将合金在母相状态下变形，发生应力诱发马氏体相变，卸载时由于发生应力诱发马氏体相变的逆相变，形变自动恢复的行为[26，28，29]。此过程中远超过弹性极限的应变被完全或部分恢复。考虑与经典弹性现象在机制方面的不同，又称为伪弹性。根据上述定义，可见超弹性的本质在于应力诱发马氏体相变及其逆相变。图 1-6所示为形状记忆合金中超弹性变形行为的典型应力-应变曲线[36]。可见，超弹性变形行为的特征主要包括以下几点：①仅在母相状态的合金中发生;②应力-应变曲线中出现应力平台，平台的长度可反映出超弹性应变量的大小;③超弹性变形行为不符合胡克定律;④存在应力滞后，即变形过程中存在能量损耗，可用应力-应变环路曲线所包含的面积表示。依据ASTM标准(F2516-14),采用拉伸变形表征TiNi合金超弹性时，上平台应力为加载曲线中3%应变对应的应力，下平台应力为卸载曲线中2.5%应变对应的应力，两者之间的差值为应力滞后[36]。上述特征在某些特殊情况下并不能全部观察到，例如晶粒尺寸约为lOrnn的TiNi合金在发生应力诱发马氏体相变时其应力-应变曲线上并未表现出明显的应力平台。
图 1 - 6 形状记忆合金的超弹性变形行为
UPS表示上平台应力, LPS表示下平台应力
根据测试温度不同，形状记忆合金可表现出形状记忆效应或超弹性。图 1-7 所示为在温度-应力坐标系中表示出的形状记忆效应与超弹性区的示意图【38]。其中正斜率的直线表示应力诱发马氏体的临界应力，符合克劳修斯-克拉珀龙方程;负斜率的直线表示滑移变形的临界应力。如果临界应力低于S 线，则超弹性不会出现，因为在应力诱发马氏体之前己经发生了不可逆的滑移变形。此时，如果测试温度 高 于 4 ，当外加应力高于诱发马氏体的临界应力，同时又低于母相的滑移临界应力( 4时，超弹性出现在图中负斜率直线X 、正斜率直线和沐温度曲线所包围的区域(阴影部分区域)。马氏体在 温 度 高 于 A 点以上时不稳定，因此卸载过程中应力诱发马氏体相变的逆相变发生。由于马氏体相变是晶体学可逆的，所以卸载过程中我们可以观察到图1-6中所示的超弹性。当温度低于次点时，马氏体是稳定的。此时，如果卸载，合金将维持在变形状态，并且这种变形只有加热到次点以上才可以通过马氏体逆相变得以恢复。当温度介于人与房之间时，形状记忆效应和超弹性部分出现。图 1-7意味着合金发生形状记忆效应与超弹性的条件之一是避免在变形时出现滑移。可见，提高合金的临界滑移应力可有效改善形状效应与超弹性。在这方面，加工硬化、时效强化、晶粒细化与合金化等物理冶金手段均可行。
图 1 - 7 形状记忆效应与超弹性关系示意图