Cu-Ti合金作为一种析出强化型合金,凭借其优异的力学性能在互通连接器及继电器控制元件等电子工业领域应用广泛。目前主要采用真空或气氛熔炼法制备Cu-Ti合金,但由于合金的成分均匀性差、时效处理温度高、第二相析出不充分及随机晶界百分含量高等问题,合金的综合性能较差,制约了合金的广泛应用。有鉴于此,本论文基于大塑性变形与形变热处理相结合的基本原理,提出了累积叠轧-形变扩散-形变时效的合金制备新工艺。以Cu-5 wt.%Ti合金为研究对象,通过对该工艺中成分均匀性调控及物相调控两个过程的研究,制备了高性能均质Cu-Ti合金。借助扫描电子显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜、背散射衍射仪、电子万能试验机及直流电阻测试仪等对Cu-Ti合金制备过程的成分均匀性演变、元素扩散与形变时效行为以及组织性能演变规律等开展了系统研究,并揭示了组织性能的演变机理。取得的主要研究结果如下:针对熔炼法难以制备高成分均匀性合金的问题,在累积叠轧-扩散热处理Cu-Ti的基础上,利用热效应与形变效应的协同作用提高成分均匀性调控过程的均匀化程度,提出了后续形变扩散热处理的累积叠轧-形变扩散工艺以实现高成分均匀性Cu-Ti合金的制备。在Cu/Ti累积叠轧过程中,随着累积等效应变增加,Ti层颈缩并发生断裂形成梭状结构,中间退火使梭状结构转变为梭状核壳结构;在累积叠轧-扩散热处理过程中,长时间的热效应引起应力释放,应力场梯度减小,元素扩散驱动力不足,造成合金成分均匀性差;累积叠轧-形变扩散过程的热效应提高了原子热激活能量促进元素扩散,形变处理改变了微观亚结构形貌,促使Taylor晶格重新开动,形成具有大量位错和层错的高密度纳米孪晶,为元素迁移提供了高扩散率通道。同时,形变处理引起的高水平形变储能也为元素均匀化扩散提供稳定持久的驱动力,达到了制备成分均匀合金的目的。针对热力耦合作用下合金成分均匀性调控过程的影响因素多,各因素耦合作用造成元素扩散控制难度大的问题,基于各组元的层厚比及截面形貌随着累积等效应变的增加而变化的特殊性,从不同的溶质浓度场出发,建立了热力耦合作用下平面应变状态的元素扩散模型,并通过不同状态Cu-Ti合金的制备过程验证了模型的准确性。在累积叠轧-形变扩散过程中,采用元素扩散模型对形变扩散时间进行计算,模型的计算结果与实验结果的整体变化趋势基本相同,二者的绝对误差在9%以内,平均误差在4.4%左右,可以实现对元素扩散过程的协同控制。不同累积等效应变状态形变储能的差异引起有效扩散激活能的明显变化,对Cu/Ti元素扩散调控过程的影响程度大,是影响元素扩散模型准确性的关键因素。针对形变时效过程Cu-Ti合金的性能提升机理不明的问题,在累积叠轧-形变扩散Cu-Ti合金的基础上,研究了累积叠轧-形变扩散合金的形变时效行为及组织性能的演变规律,揭示了合金性能演变的内在机理。在累积叠轧-形变扩散过程中,Cu-Ti合金内部形成的Taylor晶格等多尺度微观亚结构,为后续形变时效过程中Cu4Ti相的形成提供了位点,促进了高密度弥散分布的球状共格Cu4Ti相的均匀形核;Cu4Ti相与位错交互过程的强烈有序效应阻碍了位错运动,在315℃经过两次形变时效处理后Cu-Ti合金的抗拉强度接近1040 MPa,比形变时效前的Cu-Ti合金提升约160%;高密度弥散Cu4Ti相含量的增加和小角度晶界百分含量的降低减小了电子在迁移过程的散射程度,使得一次形变时效温度提升至350℃后的合金的导电率达到13.1%IACS左右,比形变时效前的Cu-Ti合金提升约93%。针对传统方法制备的Cu-Ti合金随机晶界含量高的问题,在累积叠轧-形变扩散合金的基础上,采用形变时效工艺对晶界演变行为进行调控与分析,探究并揭示了组织结构演变对Cu-Ti合金性能的影响规律及作用机理。一次形变时效后合金内部形成退火孪晶,孪晶界主要为相干∑3晶界;二次形变时效后孪晶密度增加,孪晶界转变为非相干∑3晶界。形变时效Cu-Ti合金的孪晶界强化增量一般在20 MPa以下。一次时效温度为350℃,二次时效温度为315℃时,合金的导电率较高,为13.1%IACS。较高的一次时效温度为晶界演变提供了驱动力,形成了相干∑3晶界。一次时效后的形变处理重构了晶界应变分布状态,诱导晶界迁移,二次时效过程的热效应使一次形变时效后的相干∑3晶界转变为非相干∑3晶界。较低的二次时效温度提高了非相干∑3晶界的稳定性,有效降低了随机晶界的比例并破坏连通性,减小了电子迁移过程的能量衰减程度,提高了合金的导电率。形变时效工艺利用反复的形变及热效应诱导低重合位置点阵晶界的演变,实现对Cu-Ti合金特征晶界种类及百分含量的干预,是进行合金性能调控的有效方式。