随着机械加工的高速化、自动化和精密化逐渐发展，特别是汽车工业、家用电器和精密仪表工业的快速发展，易切削钢得到了广泛发展，铅系易切削钢的产量居于第二位仅仅次于硫系，且拥有良好的力学性能及热处理性，常用于制造各类机械零件和汽车零件。然而铅会对环境造成污染，因此研究无铅易切削钢具有重要的现实意义。为开发此类新型环保型易切削钢，结合当今国内外的研究现状，本论文设计了几种环保型铋锰铁合金，研究了这些合金的制备工艺、合金的显微组织以及易切削钢的组织与性能。本文采用合金熔炼铸造法和粉末冶金法，分别制备得到了不同成分的铋锰铁合金，利用扫描电镜和能谱仪等分析方法研究了合金的凝固组织和热处理组织，以及合金添加入钢后得到的易切削钢组织，利用电液伺服万能试验机及普通车床对其性能进行了研究，研究结果为其在环保型易切削钢生产中的使用提供参考。本文的研究结果如下：(1)利用高温熔炼铸造法制备得到的高铋含量（如含铋70wt.%以上80wt.%以下）的铋锰铁合金，其显微组织均主要由BiMn，Mn(Fe)和Bi三相组成。对金属型冷却方式得到的铋锰铁合金，随含锰量的增高，合金中BiMn和Mn(Fe)相均增加，最佳熔炼温度为1200℃；当通过水冷方式得到的铋锰铁合金，冷却水温对合金组织造成较大的影响，较佳水温为45℃，相应熔炼温度为1100℃；而熔炼后若通过炉冷或空冷凝固，组织将尤为粗大。(2)用高温熔炼铸造法所制得的铋锰铁合金经均匀化处理后，合金的显微组织仍主要为BiMn，Mn(Fe)和Bi三相组成，合金中的BiMn相由原来的断续分布或孤立形态转化为连续分布形态，Mn(Fe)和铋相数量减少。对金属型铸造的铋锰铁合金在400℃下进行均匀化处理时，BiMn相的数量随着时间的增加而增加，当均匀化时间超过16h后，合金组织中BiMn相的数量不再变化；水冷的铋锰铁合金在400℃均匀化处理4h后，合金组织中BiMn相的数量基本稳定；与400℃均匀化处理相比，铋锰铁合金在300℃下进行均匀化处理后，能使合金中得到更多数量的BiMn相，当均匀化时间超过8h后，合金组织中BiMn相的数量不再变化。(3)采用高温熔炼铸造方法制备的低铋含量（如含铋20wt.%以下）的铋锰铁合金存在严重的区域偏析现象，合金试样内层组织由Mn(Fe)相、BiMn化合物和铋相组成，外层组织为锰铁基体中弥散分布着细小的铋相。采用此熔炼铸造方法制备的较低铋含量铋锰铁合金添加剂不符合易切削钢生产企业的质量要求。(4)采用粉末冶金方法制备的低铋含量（如含铋20wt.%以下）的铋锰铁合金的显微组织由锰铁相和铋相组成，合金组织中未发现BiMn化合物的存在。在铋的熔点附近温度下对Bi-Mn-Fe合金进行烧结时，如在250℃下进行固相烧结时，烧结时间应该小于30min；在300℃下进行液相烧结时，烧结时间最好小于15min。此粉末冶金方法是制备低铋含量铋锰铁合金添加剂的有效方法。(5)采用粉末压制烧结及熔炼铸造铋锰铁合金分别制备了含铋易切削钢，其中铋以纺锤形或近似球状的形式存在于钢中；随着钢中铋含量的增加，钢的抗拉强度逐渐降低，而钢的切削性能得到改善；在铋元素加入量相同的条件下，与粉末冶金铋锰铁合金形式相比，采用熔炼铸造铋锰铁合金的形式向钢中加入铋元素时，铋元素的收得率较高。