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形状记忆合金已经经历了几十年的发展,目前已经商业化的主要是Ni-Ti基记忆合金,部分Cu基和Fe基记忆合金也有实际应用,但是随着社会经济的发展,航空航天、民用生活等领域对形状记忆合金的要求越来越高,其需求量也越来越大。Cu基记忆合金相比Ni-Ti基记忆合金拥有成本低,易于切削加工和导电导热性能优异等优点,是一种性价比较高的记忆合金。然而,铜基记忆合金因其高度有序的母相结构所产生的多晶脆性很大,严重阻碍它的应用和发展。本文基于课题组的研究积累,以Cu-Al-Ni和Cu-Zn-Al记忆合金为研究对象,通过合金化进行成分的优化设计,在合金中引入富合金化元素的纳米相,然后仅退火铸态合金即可获得数厘米尺寸的Cu-Al-Ni-Fe、Cu-Al-Ni-Fe-Mn和Cu-Zn-Al-Cr三种形状记忆单晶合金,然后本论文详细研究了上述三种形状记忆单晶的微观组织结构、可逆马氏体相变行为、力学性能、形状记忆效应和超弹性等功能特征。本论文所获的研究成果包括以下几个方面:（1）成分为Cu-13.5Al-4Ni-6Fe的合金拥有2H和18R两种马氏体组织,铸态有很多富Fe的方形纳米相,经过一次退火处理后,纳米相逐渐变圆甚至消失,合金发生晶粒异常长大并获得约30 mm的马氏体单晶。对单晶进行应力-应变行为研究发现,当变形量为6%和7%时,单晶分别拥有4.4%和4.7%的形状记忆效应,并且拥有100%的形状回复率;成分为Cu-14Al-4Ni-5.3Fe的单晶在6%的预应变下仅具有1.8%的形状记忆效应和48.6%的形状回复率;成分为Cu-14Al-4Ni-5.5Fe的单晶甚至在小应变下即发生断裂,这可能与马氏体单晶的取向有关。（2）成分为Cu-13.5A1-4Ni-6Fe-2Mn的合金同样拥有大量的方形纳米相,其尺寸比Cu-13.5Al-4Ni-6Fe合金中的纳米相更小。研究结果发现,Mn的添加降低了合金的相变点,故所获的单晶是奥氏体结构,同时Mn的添加使合金的晶粒异常长大现象更加明显,获得的单晶尺寸可达40 mm。当对Cu-13.5Al-4Ni-6Fe-2Mn单晶沿着[275]取向施加8%的预应变时,单晶拥有8%的完全超弹性应变,最大的超弹性应变为4.7%。单晶沿此方向的抗疲劳性较差,仅仅经过27次循环就发生断裂。当对Cu-13.5Al-4Ni-6Fe-2Mn单晶沿着[401]取向施加8%的预应变时,单晶拥有8%的完全超弹性应变,最大的超弹性应变为5.4%;当预变形为6%时,单晶在500次循环变形的过程中一直表现出完全的超弹性性能,此时单晶具有良好的抗疲劳性。（3）成分为Cu-14Zn-8Al-0.3Cr的铸态合金拥有18R马氏体、D03母相以及弥散分布的A2（Cr）相,退火后,合金发生晶粒异常长大现象,获得约为70 mm的马氏体单晶棒材。通过拉伸实验研究单晶的功能特性发现,当变形量为7%和9%时,合金的形状记忆效应分别达到6.1%和8.3%,并且拥有100%的形状回复率;增加Zn的含量可以降低合金的相变温度,故成分为Cu-18Zn-8Al-0.3Cr的合金经过一次退火处理后,可获得约为70 mm的奥氏体单晶,当对Cu-18Zn-8Al-0.3Cr单晶沿着[432]取向施加5%的预应变时,单晶拥有5%的完全超弹性应变,最大的超弹性应变为4%。