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复杂黄铜以其较高的机械强度、优异的耐磨性以及低廉的价格,被广泛应用于制造耐磨机械器件,尤其在汽车同步器齿环领域,复杂黄铜更是占据着不可替代的地位。然而,目前国内应用范围较广的复杂黄铜仍存在第二相强度不足,凝固组织中易出现第二相粗大、危害型形貌、团聚等现象,严重恶化了复杂黄铜的力学、耐磨性能,且对于这些现象产生的原因尚无明确认识。钛硅黄铜作为一种新开发的复杂黄铜,其第二相Ti5Si3具有高熔点、高硬度、高耐磨性、优异的热稳定性等特点,可以同时提升钛硅黄铜的强度和耐磨性,这也使得钛硅黄铜成为高性能同步器齿环的潜在应用材料。但是目前关于Ti5Si3第二相的生长机制及其体积分数、形貌以及取向分布对钛硅黄铜力学、耐磨性能的作用机制研究却十分匮乏,这严重阻碍了高性能钛硅黄铜的发展。鉴于此,本论文以具有不同Ti、Si溶质含量的钛硅黄铜为研究对象,研究了凝固过程中Ti5Si3第二相的生成、长大机制及其三维形貌演变规律,揭示了Ti5Si3相的体积分数、形貌、取向分布对钛硅黄铜力学性能、断裂行为以及耐磨性能的影响机理,在此基础上探究了热挤压变形对钛硅黄铜组织和性能的影响,并且采用有限元分析的方法对具有不同Ti5Si3形貌、取向分布的钛硅黄铜的变形行为进行阐明。取得的主要研究结果如下:（1）通过分析具有不同Ti、Si溶质含量的钛硅黄铜中Ti5Si3的三维形貌,建立了六棱柱Ti5Si3的生长模型,发现Ti5Si3晶体会优先沿着＜0001＞和＜1120＞方向生长,而{1120}、{1122}以及{10 11}晶面会在生长过程中消失,形成六棱柱的顶点和棱边,六个密排{1010}侧面和两个{0001}顶面会成为六棱柱的显露面;此外,熔体中溶质含量的起伏、粗大Ti5Si3中晶面生长速度的差异都会导致Ti5Si3出现团聚附生和晶体孔洞缺陷现象。（2）研究了不同溶质含量下Ti5Si3的形貌演变规律,结果显示随着Ti、Si溶质含量的增加,钛硅黄铜中Ti5Si3相的尺寸和体积分数增大、长径比减小,形貌从细长的六棱柱纤维向粗短六棱柱转变。并且在Ti、Si溶质含量更小的（0.3Ti-0.1Si）钛硅黄铜中生成了直径为110–180nm、长度为30–50μm的Ti5Si3纳米线,依此开发了一种熔铸–萃取法制备Ti5Si3纳米线的新方法,该方法具有操作简单、成本低且不需要催化剂的优点,制备出的Ti5Si3纳米线呈现出优异的场发射性能。（3）研究了Ti5Si3体积分数、形貌和分布对钛硅黄铜力学及耐磨性能的影响,发现大长径比、高体积分数的Ti5Si3对钛硅黄铜力学及耐磨性能的提升更加有效,但存在缺陷的Ti5Si3晶体易在载荷作用下发生断裂,从而导致相应钛硅黄铜的力学及耐磨性能明显下降。具体表现为随着钛硅黄铜中Ti5Si3体积分数从2.1vol.%增加到11.8vol.%,合金的抗拉强度从498MPa增加到583MPa,而断后伸长率从7.7%减小到3.1%,断裂形式从韧性断裂向解理断裂转变。干摩擦测试结果表明,具有更大体积分数Ti5Si3的钛硅黄铜呈现出更优异的耐磨性,钛硅黄铜3#（2.86Ti-1Si）表现出较小的平均摩擦系数（?）=0.44和磨损率Q=0.88×10-11 m~3/m,但随着Ti5Si3体积分数继续增加,缺陷型Ti5Si3会降低亚表层抵抗塑性变形的能力,导致合金的（?）反弹增加至0.48,加剧了磨损。证明具有高体积分数、无缺陷Ti5Si3第二相的钛硅黄铜3#拥有较高的综合性能。（4）热挤压变形得到了晶粒细化、Ti5Si3取向一致以及铸造缺陷焊合的钛硅黄铜管材。合金沿挤压方向的力学性能大幅提升,其抗拉强度从铸态的546MPa提高到759MPa（提升了39%）,屈服强度从铸态的270MPa提高到371MPa（提升了37%）,断后伸长率从铸态的6.8%提高到13.7%（提升了101%）。热挤压后钛硅黄铜的耐磨性能显著提升,并且Ti5Si3取向的各向异性对钛硅黄铜耐磨性具有较大影响,在施加载荷为216N,滑动速度为0.4m/s,测试时间为20min的干摩擦条件下,发现钛硅黄铜中Ti5Si3的取向平行于对磨面且平行于摩擦方向时具有最优异的耐磨性,其磨损率仅为Q=0.48×10-11m~3/m。（5）通过有限元分析方法探究了不同Ti5Si3形貌和取向分布对钛硅黄铜变形行为的影响,可视化加载过程中Ti5Si3相和基体应力应变的变化过程。发现Ti5Si3形貌和取向分布会通过改变相应力分配系数、应力梯度来影响合金强度,具体表现为Ti5Si3长径比的增加提高了钛硅黄铜中Ti5Si3相的承载量,使基体应力减小且不会提高其最大应力值,从而提高了钛硅黄铜的屈服强度。更多与拉伸方向一致的Ti5Si3能够增大约束基体塑性变形的有效面积,提高钛硅黄铜的应力梯度,使Ti5Si3成为钛硅黄铜承载的主体。并且观察到随着施加载荷的增大,提高了Ti5Si3与基体之间的不协调变形程度,使界面附近的位错密度增大,从而扩大了Ti5Si3形貌和取向分布对钛硅黄铜变形行为的影响。这对深刻理解Ti5Si3形貌和取向分布对钛硅黄铜的作用机制具有重要意义。