随着高强度耐磨黄铜的发展,工厂对轧机压下螺母的使用寿命及力学性能提出了更高的要求。铜合金的基体组织成分、晶粒大小和析出相成分构成影响黄铜抗拉强度、硬度、延伸率、铸造性能、切削加工性能等的关键因素;于此同时工厂对高强耐磨黄铜的铸造工艺的改良提出了要求,为节约成本,一模多浇,减少铸造过程中产生的裹气与夹杂,引入计算机有限元仿真势在必行;因此,研究高锌当量,降低黄铜成分、高强度、高硬度和较好延伸率的高强度耐磨黄铜,并用软件模拟结合实际生产,成为当前轧机压下螺母的发展趋势。本文设计了高强度耐磨黄铜化学成分及生产工艺,采用实验室中频炉和工厂浇注系统制备黄铜铸锭,通过使用金相显微镜、扫描电镜、光谱仪器、维氏硬度计和万能试验机、摩擦磨损环等试验设备,分析了不同成分黄铜铸锭的金相组织,研究了不同成分以及不同冷却速度下黄铜的基体组织以及硬质析出相,分析了锌当量及变质元素对材料的影响,测定了材料的硬度、抗拉强度、延伸率等力学性能;并结合模拟软件,提出了新式改良浇注工艺,建立了浇注系统仿真模型,研究了新式浇注系统下不同浇注速度对材料的影响。研究表明:黄铜材料降低铜含量,提升锌当量会产生更多的β相,提升黄铜强度硬度减低塑性;在黄铜中加入Mn、Al,元素会熔入基体组织,加入Si、Fe、Ti,元素会形成白色硬质耐磨相弥散分布,提升黄铜耐磨性;适量的Si元素的加入促进晶粒形核,细化晶粒:通过Procast铸造模拟软件对浇注系统进行改良及设计,采用底部浇注能有效提升铸件的致密度,添加保温冒口,能有效对材料进行补缩,提高成品率;在浇注过程中分浇道关键点流速平稳,工厂用该浇注系统进行实际生产验证,所得铸件性能良好。研究得出的最佳工艺方案为:Cu含量为53wt.%,Zn含量为39wt.%,Mn含量为4.5wt.%,Pb含量为0.5wt.%,Al含量为1.5wt.%;添加变质元素为0.1wt.%Al-20Si;最佳浇注系统为金属型底部浇注,浇注温度1200℃,浇注速度3kg/s,冷却速度30K/s;使用该浇注工艺和配方所得的轧机压下螺母,可得到α+β两相黄铜,晶粒细小,硬度达到130HV,抗拉强度500MPa、延伸率12.1%,满足轧机压下螺母的服役条件。