高弹Cu-Ni-Sn合金具有高强度、优良的耐磨耐蚀性、抗应力松弛性以及导电性的特点,被广泛的应用于航空航天、机械精密仪器制造和电子工业等领域中。但Cu-Ni-Sn合金存在铸造过程中产生严重的反偏析以及长时间低温时效时易形成不连续析出相的问题,严重影响合金的力学性能。对于以上问题,成分优化设计是一个良好的解决途径。然而研究的过程中,始终面临着析出相尺寸过小,无法得到准确的析出相和基体成分反馈的问题。为此,本文引入团簇加连接原子模型描述合金相的近程序结构,首先根据实际研究对合金理想团簇式进行调整,然后以团簇式解析实际合金成分建立三元Cu-Ni-Sn合金成分与性能的联系,寻求以合金成分预测的电导率与硬度变化趋势的方法。进一步,以Cu-Ni-Sn-Zn（Co）系和相近的Cu-Ni-Al系合金验证实际团簇式解析成分的正确性。随后考察了Ti元素作为第四组元对Cu-Ni-Sn合金进行多组元化的可能性,系统研究了Ti元素的存在形式及其对合金微观组织结构与性能的影响。本论文主要研究结果如下:根据实测相成分对Cu-Ni-Sn合金团簇式进行优化,得到以D022或L12型γ’相强化的高弹Cu-Ni-Sn系合金团簇式为{[Sn-Ni8Cu4]Sn3}m+{{[Cu-Cu12]Cu3}18-（a+b）+{[Sn-Ni12]Cu3}b+{[Cu-Cu12]Ni Cu2}a}n（m,n,a,b≥0,且均为整数）,每一个实际的合金成分都能通过计算找到相符的有明确m、n、a和b取值的团簇式。在Cu-Ni-Sn合金中,增加Ni/Sn值或适当减少Sn含量有利于抑制不连续析出相的产生。理论和实测结果均验证了γ’相析出强化的高弹Cu-Ni-Sn合金强度主要取决于Sn的析出量,电导率主要取决于Ni的固溶量。在Cu-Ni-Sn-Zn（Co）合金中,（Ni+Co）/Sn值越接近3、Sn的含量越高,合金的强阻比越大,同时也越容易产生不连续析出。因此不能仅仅依靠降（Ni+Co）/Sn值来提升合金性能,需要结合其他合金化组元来首先抑制不连续析出,即多组元化是提升Cu-Ni-Sn合金综合性能的有效途径。在Cu-Ni-Sn-Ti合金中,Ti元素会显著抑制不连续析出相,改善合金铸锭中Sn的偏析。添加Ti含量为0.1875 at.%时,合金的强阻比最高,综合性能最优;随着Ti含量增加至1.875 at.%时,Ti不仅固溶于γ相中,还与Ni形成了与基体共格的L12-Ni3Ti相,以及与基体具有一定取向关系的圆盘状或长杆状的D024-Ni3Ti相,合金强阻比下降。Ti元素与Cu、Ni之间的焓交互作用较强,其在基体和析出相中的固溶会提高两者的稳定性,但其以长杆状D024-Ni3Ti相形式存在时不利于合金的力学性能。因此,应严格控制Ti的添加量。本文总结的合金成分与性能的规律,以及团簇式成分解析及计算方法,对析出相尺寸小,无法得到准确的析出相和基体成分反馈的合金体系的性能预测和成分设计是有实际意义的。