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铅黄铜因为优良的切削性能和低廉的价格而得到广泛应用,但其使用过程中的铅溢出所带来的环境和健康问题使无铅易切削黄铜的研制成为了一个必须攻克的难题。本文的目的在于研究渗碳体石墨化制备石墨作为弥散相均匀分布于基体的无铅易切削石墨黄铜。本文选用石墨作为Pb的替代元素,通过添加共晶铸铁取代原来直接添加石墨粉的方式,并利用石墨化退火工艺来制备无铅易切削黄铜。本文通过对添加不同铸铁量所制备的石墨黄铜进行成分、组织结构、力学性能、切削性能和腐蚀性能分析,研究不同铸铁添加量对组织和性能的影响。得出以下结论:(1)采用共晶铸铁作为C源,利用渗碳体颗粒在黄铜熔液中的原位生成和退火时渗碳体的石墨化成功制备了石墨黄铜。熔炼时渗碳体在高的冷速下优先形核,黄铜熔液依附核心形核长大,得到渗碳体颗粒弥散地分布在α相(Cu0.64Zn0.36)和β相(CuZn)两相上。退火时基体上的渗碳体发生石墨化现象,塑性变形加速渗碳体石墨化进程,使渗碳体完全转变成石墨。退火后石墨颗粒的位置和尺寸取决于渗碳体颗粒,得到α相(Cu0.64Zn0.36),β相(CuZn)和弥散石墨颗粒。(2)随着铸铁添加量的增加,合金的硬度和强度升高,塑性下降,切削性能提高。但铸铁添加量到7%时,切削性能下降。石墨能改善黄铜的切削性能是由于均匀弥散的石墨颗粒在黄铜上相当于微小空洞区域,切断基体的连续性,产生“切口效应”。这些微区的存在使切削时发生断裂。此外,石墨作为一种良好的润滑剂,在刀具和金属表面形成一层石墨薄膜,减小摩擦力,易获得光滑的表面。(3)随着铸铁添加量的增加,石墨黄铜耐腐蚀性能提高,但铸铁添加量到7%时,耐腐蚀性能降低。石墨黄铜的耐腐蚀性能是石墨黄铜的组织、成分及石墨颗粒的分布状态共同作用的结果。(4)铸铁添加量为5%的石墨黄铜的抗拉强度为502 MPa,伸长率为19.2%,显微硬度为148.9 HV,脱锌层厚度为144.2μm,切屑形貌最好,合金表面光洁度较高。此时石墨黄铜的力学性能、切削性能和腐蚀性能最优,远优于纯黄铜。无铅石墨黄铜替代含铅黄铜,具有可行性。