全球变暖对现代社会构成了严重的挑战,而人类对制冷的需求却越来越大。目前主流的气体压缩制冷所使用的烃类制冷剂都会引起温室效应。因此,寻找对环境友好的替代制冷技术来摆脱这种恶性循环变得十分紧迫。近年来,基于相变材料热效应的固态制冷技术引起了人们极大的兴趣,相应的热效应来源于固态材料在施加/去除外场下释放/吸收的热量。Ni-Mn基Heusler型变磁形状记忆合金因具备等温熵变大、滞后小和磁弹耦合等优异特性,是目前研究的热点。然而,传统的Ni-Mn基合金存在本征脆性问题,对实际应用构成了挑战,所以改善合金的本征脆性提高疲劳寿命具有非常重要的意义。本论文选取传统的Heusler合金体系和全d-metal Heusler合金体系为研究对象,通过原位非接触式的数字图像相关（DIC）技术结合红外热成像（IR）技术,本论文获得了在单轴应力加载下的全场应力场和温度场的演化规律,探索了组织结构和马氏体相变行为的关联机制。本论文首先利用DIC和IR技术研究了变磁形状记忆合金Ni45Mn44Sn11的弹热效应与晶粒取向的依赖关系。通过定向凝固法制备了同时包含<111>取向晶粒和偏离<111>取向晶粒的多晶合金。不同取向的晶粒表现出了截然不同的弹热行为,这归因于相变应变对晶粒取向的依赖性。在相同总应变下,具有小的相变应变的,<111>取向晶粒能发生马氏体转变的体积分数更多,获得更大的温变（11.5 K）。此外,样品的平均绝热温变也达到了-9.5 K。同时,在50 k Oe的磁场变化下,样品获得了25.8 J kg-1 K-1的巨大磁熵变。为了使样品具有更好的力学性能,我们在Ni-Mn-Sn合金中通过掺杂Co引入了韧性γ相（fcc结构）,并通过凝固速率调控Ni32Co11Mn50Sn7合金的微观组织结构与马氏体相变特征温度。研究发现,具有平直γ相的定向凝固双相样品,其力学性能获得显著提高（压缩强度高达1162 MPa）。随着冷却速率的增大,样品中γ相的形成受到了抑制,最终得到了单相合金,同时马氏体相变温度向高温移动。此外,利用DIC技术研究了单相样品的形状记忆效应,发现在应力加载下,样品内部晶粒的杂乱取向加剧了微观应变的局域化,减弱了形状记忆效应。本论文还进一步系统研究了定向凝固制备的新型韧性全d-metal Heusler变磁形状记忆合金Ni（Co）-Mn-Ti的织构演化、马氏体相变行为和弹热效应。通过电子背散射衍射（EBSD）,我们发现样品存在从奥氏体<001>取向到五层调制（5M）马氏体<105>取向的特定晶体学继承关系。此外,通过透射电子显微镜（TEM）发现了合金具有七层调制（7M）和八层调制（8M）等结构的多重调制马氏体。使用DIC和IR相结合的技术,原位研究了合金的马氏体相变行为和弹热效应。Ni35.5Co14.5Mn35Ti15合金在低的临界应力38 MPa和中等的滞后54 MPa下实现了11.5 K的绝热温变,其重要的弹热效应衡量指标——单位临界应力下的绝热温变值达到了0.31 K MPa-1。优异的弹热效应获得主要归因于<001>择优取向合金中增强的相变相容性以及多重调制马氏体带来的低能孪晶边界。