電火花(hua)表(biao)面強化(hua)(hua)(hua)是利用工(gong)(gong)具(ju)電極與工(gong)(gong)件間(jian)在氣體中產生的(de)火花(hua)放(fang)電作(zuo)用，把作(zuo)為電極的(de)導電材(cai)料熔(rong)滲進工(gong)(gong)件表(biao)層(ceng)，形成合金化(hua)(hua)(hua)的(de)表(biao)面強化(hua)(hua)(hua)層(ceng)，改(gai)善工(gong)(gong)件表(biao)面的(de)物理(li)及化(hua)(hua)(hua)學性(xing)能。
電火花表面強化層的性能主要決定于模具本身和電極材料，通常所用的電極材料有TiC、WC、ZrC、NbC、Cr3C2、硬質合金等。電火花強化表面因電極材料的沉積發生有規律的、較小的長大，除此之外，模具沒有其他變形。其心部的組織與性能也不發生變化，因此十分適用于工件表面強化處理。
金屬(shu)電(dian)(dian)(dian)火花表面強(qiang)化的原理是(shi)在工(gong)具(ju)電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)與(yu)(yu)工(gong)件(jian)之間(jian)接上直流(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)源或交流(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)源，由于(yu)振動器的作用使(shi)電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)與(yu)(yu)工(gong)件(jian)間(jian)的放(fang)電(dian)(dian)(dian)間(jian)隙頻繁變(bian)化，工(gong)具(ju)電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)與(yu)(yu)工(gong)件(jian)間(jian)不斷產生火花放(fang)電(dian)(dian)(dian)，從(cong)而實現對金屬(shu)表面的強(qiang)化。
電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)火花(hua)強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)(hua)過(guo)程如圖3-20所(suo)示。當電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)與(yu)(yu)工(gong)(gong)件(jian)(jian)之間(jian)(jian)的(de)距(ju)離(li)較大時，電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源經電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻R對(dui)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)充電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)，電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)在(zai)(zai)(zai)振動(dong)器(qi)的(de)帶動(dong)下(xia)向(xiang)模具靠近（見(jian)圖3-20a）。當電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)與(yu)(yu)模具之間(jian)(jian)的(de)間(jian)(jian)隙接(jie)近到某個距(ju)離(li)時，間(jian)(jian)隙中的(de)空氣(qi)在(zai)(zai)(zai)強(qiang)(qiang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)場(chang)的(de)作(zuo)用(yong)下(xia)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)離(li)，產生(sheng)火花(hua)放(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)（見(jian)圖3-20b），使(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)和(he)工(gong)(gong)件(jian)(jian)在(zai)(zai)(zai)發生(sheng)放(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)部分的(de)金(jin)屬局(ju)部熔(rong)化(hua)(hua)(hua)，甚至(zhi)汽化(hua)(hua)(hua)。電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)繼(ji)(ji)續(xu)接(jie)近工(gong)(gong)件(jian)(jian)并與(yu)(yu)工(gong)(gong)件(jian)(jian)接(jie)觸(chu)時，火花(hua)放(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)停止，在(zai)(zai)(zai)接(jie)觸(chu)點流過(guo)短路電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流，使(shi)(shi)(shi)該(gai)處繼(ji)(ji)續(xu)加熱，由(you)于(yu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)以(yi)適當壓力壓向(xiang)工(gong)(gong)件(jian)(jian)，使(shi)(shi)(shi)熔(rong)化(hua)(hua)(hua)的(de)材(cai)料(liao)互(hu)相(xiang)粘接(jie)、擴散而形成(cheng)合金(jin)或(huo)新(xin)的(de)化(hua)(hua)(hua)合物（見(jian)圖3-20c）。電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)在(zai)(zai)(zai)振動(dong)器(qi)的(de)作(zuo)用(yong)下(xia)，離(li)開了(le)工(gong)(gong)件(jian)(jian)，放(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)部分急劇冷卻（見(jian)圖3-20d）。經多次放(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)，并相(xiang)應地移(yi)動(dong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)的(de)位置，則(ze)在(zai)(zai)(zai)零件(jian)(jian)表面(mian)形成(cheng)強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)(hua)層。
電火花表面強化過(guo)程中發生(sheng)了物理化學變(bian)化，主要包括超高速(su)淬(cui)火、滲碳、滲氮、電極材(cai)料的轉移等。
a. 超高速淬火
電火(huo)花放電在模(mo)具表面(mian)的(de)(de)極(ji)小面(mian)積上產生高溫(wen)，使(shi)該處的(de)(de)金屬(shu)熔化和部分汽(qi)化，當火(huo)花放電在極(ji)短的(de)(de)時間內停止(zhi)后，被加熱了的(de)(de)金屬(shu)會以很(hen)快的(de)(de)速(su)(su)度冷卻(que)下(xia)來。這(zhe)相當于對(dui)模(mo)具表面(mian)層進行了超(chao)速(su)(su)淬(cui)火(huo)。
b. 滲氮
在電火(huo)花(hua)放電通道區域(yu)內，溫(wen)度很(hen)高，空(kong)氣中的(de)氮分子呈原子狀態(tai)，它和受(shou)高溫(wen)而熔(rong)化(hua)(hua)(hua)的(de)金屬有關(guan)的(de)元素合成高硬度的(de)金屬氮化(hua)(hua)(hua)物，如氮化(hua)(hua)(hua)鐵、氮化(hua)(hua)(hua)鉻等。
c. 滲(shen)碳
來自(zi)石墨電(dian)極或周圍介質(zhi)的(de)碳(tan)元素，熔解在受熱而熔化(hua)的(de)鐵中，形成(cheng)金屬的(de)碳(tan)化(hua)物，如(ru)碳(tan)化(hua)鐵、碳(tan)化(hua)鉻等(deng)。
d. 電極(ji)材料的(de)轉移
在(zai)操作壓力和火花放電的(de)條件(jian)下，電極材料轉移到模具金(jin)屬(shu)熔(rong)融表面，有關金(jin)屬(shu)合金(jin)元(yuan)素(su)（W、Ti、Cr等）迅速擴散(san)在(zai)金(jin)屬(shu)的(de)表面層。
電火花表(biao)面強化層(ceng)具(ju)有(you)如下(xia)特征：
a. 當(dang)采用硬質合金作(zuo)電極(ji)材料時，硬度可達(da)1100～1400HV（約70HRC以(yi)上）或更(geng)高，耐熱性(xing)、耐蝕(shi)性(xing)和疲勞強度都(dou)大大提高。
b. 當使用鉻錳、鎢鉻鈷合金(jin)、硬質(zhi)合金(jin)作工具(ju)電極(ji)強化45鋼(gang)時，其耐磨性比原表層提高2～2.5倍(bei)。
c. 用石墨作(zuo)電極材料強(qiang)化45鋼，用食鹽水作(zuo)腐(fu)蝕性(xing)試驗，其耐(nai)(nai)蝕性(xing)提高90％；用WC、CrMn作(zuo)電極強(qiang)化不銹鋼時(shi)，其耐(nai)(nai)蝕性(xing)提高3～5倍(bei)。
d. 硬化層厚度為0.01～0.08mm。
鋼制模具(ju)(ju)工(gong)作表面(mian)的電火花強化通常采用(yong)硬質(zhi)合金電極。為了使被強化的表面(mian)光潔，事先必須(xu)將(jiang)模具(ju)(ju)和電極表面(mian)清洗干凈，然后手持振動(dong)器，將(jiang)電極沿模具(ju)(ju)工(gong)作表面(mian)移動(dong)，并保持適當(dang)壓力，使火花放電均(jun)勻連續。
電火花(hua)熔滲合金化層的(de)(de)形成是一個漸(jian)近過程，在(zai)每一電規(gui)范(fan)下，合金化層厚度出(chu)(chu)現最大值，在(zai)通常使(shi)用的(de)(de)電容范(fan)圍內，最佳單位面積涂覆時(shi)間(jian)為6～12min／c㎡。過分延(yan)長涂覆時(shi)間(jian)將出(chu)(chu)現層厚減薄的(de)(de)趨勢，并使(shi)性能惡化。可用直線(xian)方程式表示：
如電極YG8、電壓60V，頻(pin)率250Hz，電容60μF，最佳涂(tu)(tu)覆(fu)時間為6.75min／c㎡，合金化(hua)層厚(hou)度(du)為13μm；電容322μF，涂(tu)(tu)覆(fu)時間為11.99min／c㎡，合金化(hua)層厚(hou)度(du)為27μm。
為了降低(di)合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)化(hua)(hua)(hua)層(ceng)(ceng)的(de)熱疲勞應力(li)和電火(huo)花合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)化(hua)(hua)(hua)處理的(de)應力(li)，可穿插(cha)1～2次500℃×4h去應力(li)退(tui)火(huo)，這(zhe)樣可獲得(de)性(xing)能優良、層(ceng)(ceng)深較厚(hou)的(de)表面合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)化(hua)(hua)(hua)層(ceng)(ceng)。改(gai)換電極材料，可使合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)化(hua)(hua)(hua)層(ceng)(ceng)繼續增(zeng)厚(hou)，電極斷面尺(chi)寸不影(ying)響合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)化(hua)(hua)(hua)層(ceng)(ceng)的(de)厚(hou)度。鋼(gang)中w（C）小于(yu)(yu)0.8％時，隨(sui)鋼(gang)中碳(tan)含量(liang)的(de)增(zeng)加合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)層(ceng)(ceng)增(zeng)厚(hou)；w（C）大(da)于(yu)(yu)0.8％時，隨(sui)鋼(gang)中碳(tan)含量(liang)的(de)增(zeng)加合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)層(ceng)(ceng)變薄。
用YG8、Nb、Ti、Ta合金化，工件(jian)表面將(jiang)獲得極(ji)高的(de)顯微硬度值。
電火花合金層比未經電火花合金化處(chu)(chu)理的(de)模具的(de)熱疲勞性(xing)能(neng)提高(gao)(gao)3倍，抗(kang)氧化性(xing)能(neng)提高(gao)(gao)兩倍，在各種(zhong)試驗介質中的(de)耐蝕(shi)性(xing)提高(gao)(gao)3～15倍；表3-44所示為3Cr2W8V鋼的(de)處(chu)(chu)理效果。
電(dian)火花(hua)表面強化應用效果顯著(zhu)。例如(ru)用YG8作(zuo)電(dian)極(ji)，對3Cr2W8V鋼模具進行電(dian)火花(hua)強化處理以(yi)后(hou)，模具在各類酸堿中(zhong)的(de)耐(nai)蝕性提(ti)高4～15倍(bei)；而Cr12鋼模具刃口部(bu)位經(jing)電(dian)火花(hua)表面強化后(hou)，模具的(de)平(ping)均使用壽(shou)命由5萬次提(ti)高到20萬次。
