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Cu-Ni-Sn合金具有高的强度、硬度、弹性,优异的导电导热性、耐腐蚀性、耐磨性、抗应力松弛性能、抗高温氧化性能等,在精密仪器、电子电器、航空航天、天然气化工、机械制造等领域应用广泛,是最有潜力替代铍青铜的高强高弹性导电铜合金。然而Cu-Ni-Sn合金的制备难点在于其液固区间比较大,采用传统的铸造法制备Cu-Ni-Sn合金极容易出现Sn元素的微观偏析和宏观反偏析,导致合金在后续变形过程中容易开裂。作为典型的时效析出强化型铜合金,Cu-Ni-Sn合金在时效后期发生不连续沉淀析出反应,形成的片层组织存在于晶界上引起晶界脆性,最终降低合金的性能。针对以上两个问题,本文以Cu-15Ni-8Sn合金为研究对象,通过高温淬火实验研究Cu-15Ni-8Sn合金的凝固组织演变过程,设计单向凝固实验研究不同冷却速度下Sn元素的宏观反偏析行为;采用垂直半连续铸造并同时施加机械振动和电磁场的方法制备组织成分均匀的Cu-15Ni-8Sn合金铸锭,并研究合金的形变热处理工艺;通过加入高熔点的V元素使其在晶界和晶内形成高熔点的稳定第二相来抑制不连续沉淀的形核和生长,探究V元素对Cu-15Ni-8Sn合金组织及性能的影响。主要得到以下研究结果:（1）通过高温淬火实验研究Cu-15Ni-8Sn合金的凝固组织演变过程。当温度降低到合金的液相线温度1114 oC时,初生富Cu的α1相开始在液相中形核并生长成枝晶形态,即L→α1,α1枝晶的生长导致剩余液相中的Ni、Sn含量升高;当剩余液相中的Sn含量接近或达到26 wt.%时,剩余液相发生离异共晶反应凝固形成α2相和γ相,即L2→α2+γ;在随后的降温过程中（700～600 oC）,过饱和的α2-Cu（Ni,Sn）固溶体发生分解形成富溶质的γ相和贫溶质的α1相交替分布的片层组织（α2→α1+γ）。（2）采用垂直半连续铸造并同时施加机械振动和电磁场的方法成功制备出长度为600 mm、截面为100 mm×100 mm的Cu-15Ni-8Sn合金铸锭。垂直半连续铸造的工艺参数为:浇铸温度为1350 oC,拉坯速度为120 mm/min,一次冷却水量为1000 L/h,二次冷却水量为2500 L/h。同时施加机械振动和电磁场具有细化晶粒和改善宏观偏析的效果,与未施加外场相比,当机械振动的振幅为2 mm,振频为57次/min,磁场功率为10 k W时,铸锭横截面的等轴晶尺寸由2.24 mm减小至0.94 mm,Sn元素在铸锭表面反偏析和铸锭中心正偏析的偏析率由11.5%和-12.6%减小至2.1%和-1.4%。（3）通过在固溶和时效处理之间施加轧制变形来进一步优化Cu-15Ni-8Sn合金的性能。Cu-15Ni-8Sn合金经850 oC保温2 h固溶处理和90%的轧制变形后,晶粒尺寸由36.1μm减小至1.4μm,位错密度增加至2.34×1015m-2,合金的硬度和屈服强度由140 HV和326 MPa增加至316 HV和898 MPa。相比于未变形的合金,90%轧制变形量的合金在400 oC时效的峰值时间由2 h缩短为0.5 h,且时效峰值处的硬度、强度和电导率明显增加。90%轧制变形量的合金在400 oC时效0.5 h的综合性能为:维氏硬度为409 HV,屈服强度为1256 MPa,弹性模量为137 GPa,电导率为7.5%IACS,此时沉淀强化、位错强化、固溶强化和晶界强化对于屈服强度的贡献比例分别为36%、30%、18%和12%。（4）通过在Cu-15Ni-8Sn合金中加入微量V元素来抑制不连续沉淀的形成,改善合金的组织及性能。V元素添加可以有效细化合金的铸态组织,改善Sn元素的宏观反偏析和微观偏析,当V含量由0 wt.%增加到1.0 wt.%时,Cu-15Ni-8Sn-x V合金的铸态晶粒尺寸由762μm减小到30μm;经过850 oC保温4 h固溶处理之后,Cu-15Ni-8Sn合金可以得到过饱和的单相α-Cu（Ni,Sn）固溶体,而对于加V合金来说,在过饱和的单相α-Cu（Ni,Sn）固溶体中析出大量的Ni3V颗粒;Ni3V颗粒可以有效地抑制时效过程中不连续沉淀的形成,同时Ni3V颗粒并不影响合金本身的调幅分解和有序相的形成。Cu-15Ni-8Sn-0.4V合金在400 oC时效4 h后具有最佳的综合性能,维氏硬度为368 HV,抗拉强度为990 MPa,弹性模量为131 GPa,电导率为8.0%IACS。（5）依据JMAK公式和Arrhenius公式完成对Cu-15Ni-8Sn-x V合金时效过程中不连续沉淀析出动力学的分析。Cu-15Ni-8Sn合金中不连续沉淀的形成激活能为75 k J/mol,此值远小于Ni、Sn元素在Cu基体中的体扩散激活能,由此判断不连续沉淀的形成受晶界扩散所控制。在Cu-15Ni-8Sn-0.2V合金中,不连续沉淀的形成激活能为350 k J/mol,此值大于Ni、Sn元素在Cu基体中的体扩散激活能,说明不连续沉淀的形成主要靠Ni、Sn元素在Cu基体中的体扩散来完成。在Cu-15Ni-8Sn-0.4V合金中,Ni3V颗粒偏聚在晶界上可以降低晶界能量,减小不连续沉淀在晶界上的形核率,且偏聚在晶界上的Ni3V颗粒对于晶界的钉扎效果大于晶粒内的Ni3V颗粒。