易切削黄铜合金由于具有良好的力学性能和切削工艺性能,因而被广泛应用于机械制造等许多行业中。传统的易切削黄铜多为含铅黄铜,如HPb59-1、ZCuZn40Pb2等,这种含铅零件在使用过程中和报废后,将对环境造成严重污染。随着铅等重金属污染的日趋严重及环保呼声的日益高涨,许多工业化国家纷纷制定相关法律法规,减少及限制铅等重金属的使用量。无铅易切削黄铜的研究与开发已成为国际上亟待解决的重大前沿课题,其研制成功将有着重大的社会经济效应。 铅黄铜之所以有优良的切削性能,是由于铅呈游离质点分布在晶界晶内,这可使切屑呈崩碎状,从而改善黄铜的切削性能；而且游离的铅质点具有润滑作用。本试验根据铅黄铜切削机理和铜合金的基本性质的基础上,考虑以弥散分布的金属间化合物代替易切削黄铜中的铅,从而实现易切削黄铜的无铅化。目前国内外的许多研究都是采用以铋代替铅的方法,这虽得到有优良切削性能的无铅黄铜,但由于铋资源稀缺,价格昂贵,因而得不到推广应用。本试验采用同时添加镁和锑来替代铅,得到组织为α、β和第二相质点,通过添加稀土变质处理的方法,使第二相质点细化且弥散分布,起到类似铅的断屑作用,得到无铅易切削镁锑黄铜合金。由于镁和锑资源丰富,价格低廉,使具有优良切削性能的无铅镁锑黄铜合金易于推广应用。 本试验采用以镁和锑代替铅的方法,通过正交试验、成分组织的优化设计及验证试验,研制出新型无铅易切削环保黄铜。将研制的试样进行切削加工,并将其切屑与ZCuZn40Pb2的切屑进行对比,测得该易切削黄铜的切削性能与ZCuZn40Pb2的切削性能相当。同时研究发现,切削性能与第二相的组织形态、分布、数量、性质等紧密相关。细小、弥散分布且脆而不硬的第二相组织是获得优良切削性能的关键。 本研究同时对无铅镁锑黄铜合金的熔铸工艺进行了探索,并摸索出合理的熔铸工艺；通过正交试验获得实现优良切削性能和综合力学性能的合金成分及含量范围为：Mg0.5～0.75％,Sb0.2～0.35％,Zn35～37％,RE0.05～0.1％；铸造无铅易切削镁锑黄铜的力学性能可以达到：σb=332.6MPa,δ=22.65％,HBS91,具有比铸造铅黄铜(ZCuZn40Pb2)更好的力学性能,且切削性能与其相当,可以代替现有的铅黄铜。