形状记忆合金(SMAs)作为一种智能型功能材料,广泛应用于电子通信、医疗卫生、机械制造、航空航天、能源化工、土木建筑以及日常生活等众多领域。在已应用的形状记忆合金体系中,Cu基SMAs,如Cu-Al-Mn、Cu-Al-Ni、 Cu-Zn-Al合金等,由于具有价格低廉、良好的导电和导热性能、相变温度可调范围广等优点,已成为除Ni-Ti合金之外,较具广泛应用前景的SMAs。Cu基SMAs的单晶体表现出优异的形状记忆性能,可以与Ni-Ti合金相媲美,但单晶制备困难、成本高,难以大规模应用；普通多晶组织Cu基SMAs变形能力差,易发生晶界脆性断裂的现象,使合金无法展示较高的形状记忆性能(如超弹性),限制了Cu基SMAs的广泛应用。为此,本文从组织设计的角度出发,结合控制凝固控制成形获得特殊组织的方法,探讨改善Cu基SMAs性能的途径。本文以Cu71Al18Mn11形状记忆合金为研究对象,采用定向凝固方法实现对织构和晶界的控制,制备了具有强<001>织构和平直低能晶界特征的柱状晶组织合金。该组织合金的超弹性应变从普通多晶组织合金的3%显著提高到10.1%以上,卸载后的残余应变小于0.3%。研究发现超弹性性能提升的机理包括：具有强<001>取向的柱状晶组织晶粒在拉伸过程中可在某一应变量下同时发生马氏体相变,避免了普通多晶组织合金因不同取向晶粒的各向异性而在晶界处产生显著的应力集中问题；沿<001>取向变形时,合金可获得高的相变应变;平直的低能晶界特征可显著降低晶界对马氏体相变的阻碍作用,减少因晶间变形不协调引起的应力集中,有助于提高多晶组织的相变协调性和形变协调性。基于各组织特征对Cu-Al-Mn合金超弹性应变的影响程度,本文提出高性能Cu基形状记忆合金由主及次的组织设计原则为：(1)获得具有高相变应变的晶粒取向：(2)获得大的晶粒尺度(更少的晶界面积)；(3)获得平直的低能晶界,特别是小角晶界类型；(4)晶界方向尽可能与受力方向平行。研究发现,当拉伸方向与凝固方向成不同角度(0°～90°)时,柱状晶组织Cu71Al18Mn11合金试样的超弹性应变呈现“V”形变化规律,而马氏体相变临界应力呈现出相反的变化趋势,表现出超大各向异性。这种超大各向异性是由晶粒取向和晶界的叠加作用产生的,其中晶界对超弹性各向异性的影响具有明显的取向依赖性。利用这种各向异性特征可使柱状晶Cu71Al18Mn11合金在特殊的吸能、减震和抗撞等器件设计方面具有重要的应用潜力,如可用于高层建筑、精密仪器减震的各向异性隔震器和阻尼器等。柱状晶组织Cu71Al18Mn11合金沿凝固方向具有较好的疲劳性能。当疲劳加载应变为10%时,经1800次循环后不发生断裂；当疲劳加载应变为4%时,经2400次循环后的残余应变小于1%,具有能在反复变形-恢复应用中替代Ni-Ti合金的潜力。为了提高柱状晶组织Cu71Al18Mn11合金的强度,获得同时具有高超弹性和高强度的合金,本文采用低温时效析出的方法对合金进行改性处理。研究发现,合金在250℃～400℃低温时效时,针片状贝氏体在晶粒内部和晶界处均匀共格析出,使合金的硬度和强度显著增加,而合金的超弹性下降较小。经合适的低温时效处理后,合金的超弹性应变保持为5%～9%,而马氏体相变临界应力达到443 MPa～677 MPa。采用定向凝固+低温时效的方法,可以制备出高超弹性高强度合金,以及制备性能在很大范围内变化的梯度功能材料。采用了多道次高温轧制和高温轧制+多次冷轧两种加工制度,研究了柱状晶组织Cu71Al18Mn11合金在轧制加工热处理中的组织性能变化。发现合金可在800℃下进行压下率80%以上的高温轧制,合金组织仍为柱状晶组织;随后继续高温轧制时,组织发生再结晶,三道次高温轧制再进行高温热处理后,超弹性应变为5.9%；首道次高温轧制80%后,经550℃退火再进行冷轧,冷轧总变形量可达50%～80%,550℃退火和退火冷轧后为α+β1的双相组织,且仍保持柱状晶组织。柱状晶组织试样在轧制变形+再结晶退火后,相比普通多晶组织试样沿轧向更容易形成<011>织构,有利于获得高超弹性。再经过晶粒异常长大热处理后,仍具有沿轧向的强<011>取向,试样超弹性应变可达到7%左右。