電火花表面(mian)強化是利用(yong)工具電極與工件(jian)間在氣(qi)體中產生的(de)火花放電作用(yong)，把作為電極的(de)導電材料熔滲進工件(jian)表層，形成合金化的(de)表面(mian)強化層，改善工件(jian)表面(mian)的(de)物(wu)理及化學性能。
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(jin)(jin)屬(shu)電(dian)(dian)火花表(biao)面(mian)強化的原理(li)是在工(gong)(gong)具(ju)電(dian)(dian)極(ji)與工(gong)(gong)件(jian)(jian)之間(jian)接(jie)上直(zhi)流(liu)電(dian)(dian)源或交流(liu)電(dian)(dian)源，由(you)于振(zhen)動器的作(zuo)用使電(dian)(dian)極(ji)與工(gong)(gong)件(jian)(jian)間(jian)的放電(dian)(dian)間(jian)隙(xi)頻繁(fan)變化，工(gong)(gong)具(ju)電(dian)(dian)極(ji)與工(gong)(gong)件(jian)(jian)間(jian)不(bu)斷(duan)產生火花放電(dian)(dian)，從而實現對金(jin)(jin)屬(shu)表(biao)面(mian)的強化。
電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)火(huo)花強(qiang)化過程如(ru)圖(tu)3-20所示。當(dang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)與工件(jian)(jian)之間(jian)的(de)距(ju)離較大(da)時(shi)，電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源經電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻R對電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容充電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)，電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)在(zai)振(zhen)動(dong)(dong)器的(de)帶動(dong)(dong)下向(xiang)模(mo)具(ju)靠近(jin)（見圖(tu)3-20a）。當(dang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)與模(mo)具(ju)之間(jian)的(de)間(jian)隙接近(jin)到某個距(ju)離時(shi)，間(jian)隙中(zhong)的(de)空氣在(zai)強(qiang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)場的(de)作用下電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)離，產生火(huo)花放電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)（見圖(tu)3-20b），使(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)和工件(jian)(jian)在(zai)發生放電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)部(bu)分(fen)的(de)金(jin)屬局(ju)部(bu)熔化，甚至汽(qi)化。電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)繼(ji)續接近(jin)工件(jian)(jian)并(bing)與工件(jian)(jian)接觸時(shi)，火(huo)花放電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)停止(zhi)，在(zai)接觸點(dian)流過短路電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流，使(shi)該處繼(ji)續加熱，由于電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)以適當(dang)壓力(li)壓向(xiang)工件(jian)(jian)，使(shi)熔化的(de)材料互相粘接、擴散(san)而形成合金(jin)或新的(de)化合物(wu)（見圖(tu)3-20c）。電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)在(zai)振(zhen)動(dong)(dong)器的(de)作用下，離開(kai)了工件(jian)(jian)，放電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)部(bu)分(fen)急劇冷卻（見圖(tu)3-20d）。經多(duo)次放電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)，并(bing)相應(ying)地移動(dong)(dong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)的(de)位置(zhi)，則(ze)在(zai)零件(jian)(jian)表面形成強(qiang)化層。
電火(huo)花表(biao)面強化過程中發生了(le)物理化學變(bian)化，主要包括超高速(su)淬火(huo)、滲(shen)(shen)碳(tan)、滲(shen)(shen)氮(dan)、電極材料(liao)的轉移等。
a. 超高速(su)淬火
電火花放電在(zai)模具表面的(de)極小(xiao)面積上產生高溫，使該處的(de)金(jin)屬熔(rong)化和(he)部分汽化，當(dang)火花放電在(zai)極短的(de)時間內停止(zhi)后，被加熱了的(de)金(jin)屬會以很快(kuai)的(de)速(su)(su)度冷卻(que)下(xia)來。這相當(dang)于(yu)對模具表面層(ceng)進行了超速(su)(su)淬火。
b. 滲氮
在電火花放電通(tong)道區域內，溫度很高，空氣中的(de)氮分子呈原子狀態，它和受高溫而熔化(hua)的(de)金(jin)屬有關的(de)元素(su)合成高硬度的(de)金(jin)屬氮化(hua)物，如(ru)氮化(hua)鐵、氮化(hua)鉻(ge)等。
c. 滲碳
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(re)而熔化的(de)鐵中，形成金屬的(de)碳(tan)化物，如碳(tan)化鐵、碳(tan)化鉻等(deng)。
d. 電極材料(liao)的(de)轉移
在操(cao)作壓力和火花放電(dian)的條件下，電(dian)極材(cai)料轉移到(dao)模具金(jin)屬(shu)熔(rong)融(rong)表(biao)面，有關金(jin)屬(shu)合金(jin)元素（W、Ti、Cr等）迅速擴散在金(jin)屬(shu)的表(biao)面層。
電火花表面(mian)強化層具有如下特征：
a. 當(dang)采用硬質合金作電極(ji)材料時，硬度可達1100～1400HV（約(yue)70HRC以上）或更(geng)高，耐熱性、耐蝕性和疲(pi)勞強度都大大提高。
b. 當使(shi)用鉻錳、鎢(wu)鉻鈷合金(jin)、硬質合金(jin)作工(gong)具(ju)電(dian)極強化45鋼時，其(qi)耐磨(mo)性比原表層提高(gao)2～2.5倍。
c. 用(yong)石墨作電(dian)極(ji)材料強化(hua)45鋼，用(yong)食鹽(yan)水作腐蝕(shi)性試(shi)驗，其耐蝕(shi)性提高(gao)90％；用(yong)WC、CrMn作電(dian)極(ji)強化(hua)不銹鋼時(shi)，其耐蝕(shi)性提高(gao)3～5倍(bei)。
d. 硬化層(ceng)厚度為0.01～0.08mm。
鋼制(zhi)模(mo)具(ju)(ju)(ju)工(gong)作表(biao)面(mian)的電(dian)火花強化通常采用(yong)硬(ying)質合(he)金電(dian)極(ji)。為了使被強化的表(biao)面(mian)光潔，事先必須將模(mo)具(ju)(ju)(ju)和電(dian)極(ji)表(biao)面(mian)清洗干凈，然(ran)后手持(chi)振動(dong)器，將電(dian)極(ji)沿模(mo)具(ju)(ju)(ju)工(gong)作表(biao)面(mian)移動(dong)，并(bing)保持(chi)適當壓力，使火花放電(dian)均勻連續。
電火花熔滲合(he)金化層的形成是(shi)一個漸近過程，在(zai)每一電規范下，合(he)金化層厚度(du)出現(xian)最大值，在(zai)通常(chang)使用的電容范圍內，最佳單位(wei)面積涂覆(fu)時間為(wei)6～12min／c㎡。過分延(yan)長涂覆(fu)時間將出現(xian)層厚減薄的趨勢，并使性(xing)能惡化。可(ke)用直(zhi)線方程式表示：
如電極YG8、電壓60V，頻率(lv)250Hz，電容60μF，最佳涂覆時(shi)間(jian)為(wei)(wei)6.75min／c㎡，合金化層厚度(du)為(wei)(wei)13μm；電容322μF，涂覆時(shi)間(jian)為(wei)(wei)11.99min／c㎡，合金化層厚度(du)為(wei)(wei)27μm。
為(wei)了降低合(he)金(jin)(jin)(jin)化(hua)層(ceng)(ceng)的熱疲勞應(ying)力和電(dian)火花合(he)金(jin)(jin)(jin)化(hua)處理的應(ying)力，可穿插1～2次500℃×4h去應(ying)力退火，這(zhe)樣可獲得性能優良、層(ceng)(ceng)深較厚(hou)(hou)的表面(mian)合(he)金(jin)(jin)(jin)化(hua)層(ceng)(ceng)。改換電(dian)極材料(liao)，可使合(he)金(jin)(jin)(jin)化(hua)層(ceng)(ceng)繼續(xu)增厚(hou)(hou)，電(dian)極斷面(mian)尺寸不影響合(he)金(jin)(jin)(jin)化(hua)層(ceng)(ceng)的厚(hou)(hou)度。鋼中(zhong)w（C）小于(yu)0.8％時(shi)，隨鋼中(zhong)碳(tan)含(han)量的增加合(he)金(jin)(jin)(jin)層(ceng)(ceng)增厚(hou)(hou)；w（C）大于(yu)0.8％時(shi)，隨鋼中(zhong)碳(tan)含(han)量的增加合(he)金(jin)(jin)(jin)層(ceng)(ceng)變薄。
用YG8、Nb、Ti、Ta合金化，工件表面將獲得極高的顯微硬度(du)值。
電火花(hua)合金層比(bi)未經電火花(hua)合金化處理的模(mo)具的熱疲勞性(xing)能提(ti)高(gao)3倍，抗氧化性(xing)能提(ti)高(gao)兩倍，在(zai)各(ge)種試(shi)驗(yan)介質(zhi)中(zhong)的耐(nai)蝕(shi)性(xing)提(ti)高(gao)3～15倍；表3-44所示為(wei)3Cr2W8V鋼的處理效果。
電(dian)(dian)火(huo)花表(biao)面強(qiang)化應用(yong)效果顯著。例如用(yong)YG8作電(dian)(dian)極，對3Cr2W8V鋼模(mo)(mo)具進行電(dian)(dian)火(huo)花強(qiang)化處理以后，模(mo)(mo)具在各類酸堿中(zhong)的(de)耐蝕性(xing)提高(gao)4～15倍(bei)；而Cr12鋼模(mo)(mo)具刃(ren)口部位經電(dian)(dian)火(huo)花表(biao)面強(qiang)化后，模(mo)(mo)具的(de)平均使用(yong)壽(shou)命由5萬(wan)次提高(gao)到20萬(wan)次。
