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含铅铜合金由于具有良好的机械性能和切削性能,被广泛应用于汽车业、机械、电子通讯、家电、饮用水工程、玩具、仪表制造等各个领域。但是,铅的使用会对环境和人体造成极大的危害,因此保持相当的力学性能和切削性能、去除铅元素形成新型环保铜合金材料,必然具有显著的社会效益和潜在的经济价值;而且研究过程中形成的对环保铜合金成分、组织和性能间关系和影响规律的理解具有重要的理论意义。本文在QSn4-4-4(GB/T5231-2001)的基础上去除Pb,通过加入少量的Mg、Si(或Mn),研制Cu-Sn-Zn-Mg-Si(或Mn)无铅易切削铜合金。试验中采用感应加热炉进行熔炼,石墨型浇注成样品。然后通过扫描电子显微镜观察其显微组织、X射线衍射仪分析其物相,并分析测量其力学性能和切削性能。通过试验,得出如下结论:(1)凝固初期Zn,Sn,Si,Mn元素大量固溶于α相中,在凝固过程中α相最先生成并呈枝晶状生长,而过量的其它元素在凝固过程中富集于枝晶间隙中,形成富Sn固溶体,而Mg则主要与Cu生成化合物Cu2Mg以及少量的Cu4MgSn,少量的Mn与Cu、Sn生成化合物Cu4MnSn。(2)在Cu-Zn-Sn-Mg-Si合金中,Mg含量的增加对强度的影响很小;添加少量的Si可以适当提高合金的强度,提高基体的硬度,反应生成的Cu4MgSn金属间化合物能够有助于提高合金的硬度。(3)在Cu-Zn-Sn-Mg-Mn合金中,对比不同成分试样,当Mg含量超过1.5%时,合金的抗拉强度下降,伸长率降低,对屈服强度和硬度则无明显影响。Mn的添加则不仅大大提高了合金的强度,合金的硬度也有所提高。(4)Mg的添加提高了合金的切削性能,而Si和Mn含量的变化对切削性能的影响并不明显。提高Mg含量会使得合金中的Cu2Mg化合物增多,生成的金属间化合物形成的颗粒一定程度上代替了铅在铜合金中的作用,使合金具有优良的切削性能。(5)添加Mn的合金比添加Si的合金表现出了更好的力学性能,包括更高的强度与硬度,而合金的切削性能变化仅取决于合金中Mg元素的添加量。