电火花表面强化处理的原理与过程
金属电火花表面强化的原理是在工具电极与模具之间接上直流电源或交流电源，由于振动器的作用使电极与模具间的放电间隙频繁变化，工具电极与工件间不断产生火花放电，从而实现对金属表面的强化，如图9-6所示。
图9-6 金属电火花表面强化的原理
（1）电火花表面强化过程
电火花表面强化过程如图9-7所示。
1）当电极与模具之间的距离较大时，电源经电阻R对电容充电，电极在振动器的带动下向模具靠近（图9-7a）。
2）当电极与模具之间的间隙接近某个距离时，间隙中的空气在强电场的作用下电离，产生火花放电（图9-7b），使电极和模具发生放电部分的金属局部熔化，甚至汽化。
3）电极继续接近模具并与模具接触时，火花放电停止，在接触点流过短路电流，使该处继续加热，电极以适当的压力压向模具，使熔化的材料互相粘接、扩散而形成合金或新的化合物（图9-7c）。
4）电极在振动器的作用下离开模具，模具放电部分急剧冷却（图9-7d）。经多次放电，并相应地移动电极的位置，则会在模具表面形成强化层。
图9-7 电火花表面强化过程示意图
a）开始 b）工作 c）完成 d）结束
1—工具电极 2—模具
钢制模具工作表面的电火花强化通常采用硬质合金电极。为了使被强化的表面光洁，事先必须将模具和电极表面清洗干净，然后手持振动器，将电极沿模具工作表面移动，并保持适当压力，使火花放电均匀连续。
电火花熔渗合金化层的形成是一个渐进过程，在每一电规范下，为使合金化层厚度出现最大值，在通常使用的电容范围内，最佳单位面积涂覆时间为6～12min/cm2，过分延长涂覆时间将出现层厚减薄的趋势，并使性能恶化，可用直线方程式表示为
τ＝0.02C+5.55
式中 τ——最佳单位面积涂覆时间；(https://www.daowen.com)
C——电容（μF）。
如电极为YG8、电压为60V、频率为250Hz、电容为60μF时，最佳单位面积涂覆时间为6.75min/cm2，合金化层厚度为13μm；电容为322μF时，最佳单位面积涂覆时间为11.9min/cm2，合金化层厚度为27μm。
为了降低合金化层的热疲劳应力和电火花合金化处理的应力，可穿插1～2次500℃×4h去应力退火，这样可获得性能优良、层深较厚的表面合金化层。
改换电极材料，可使合金化层继续增厚。电极断面尺寸不影响合金化层的厚度。钢中碳的质量分数小于0.8%时，随钢中碳含量的增加合金层增厚；碳的质量分数大于0.8%时，随钢中碳含量的增加合金层变薄。
用YG8、Nb、Ti、Ta合金化，工件表面将获得极高的显微硬度值。
（2）强化过程中的物理化学变化
电火花表面强化过程中发生了物理化学变化，主要包括超高速淬火、渗氮、渗碳、电极材料的转移等。
1）超高速淬火。电火花放电在模具表面的极小面积上产生高温，使该处的金属熔化和部分汽化，当电火花放电在极短的时间内停止后，被加热了的金属会以很快的速度冷却下来。这相当于对模具表面进行了超高速淬火。
2）渗氮。在电火花放电通道区域内，温度很高，空气中的氮气分子呈原子状态，它和受高温而熔化的金属元素合成高硬度的金属氮化物，如氮化铁、氮化铬等。
3）渗碳。来自石墨电极或周围的碳元素，溶解在受热熔化的铁中，形成金属的碳化物，如碳化铁、碳化铬等。
4）电极材料的转移。在操作压力和电火花放电的条件下，电极材料转移到模具金属熔融表面，金属合金元素（W、Ti、Cr等）迅速扩散到金属的表面层中。
（3）强化层特性与材料的关系
1）当采用硬质合金作电极材料时，硬度可达1100～1400HV（约70HRC以上）或更高，耐热性、耐蚀性和疲劳强度都大大提高。
2）当使用铬锰合金、钨铬钴合金、硬质合金作工具电极强化45钢时，其耐磨性比原表层提高2～2.5倍。
3）用石墨作电极材料强化45钢，用食盐水做腐蚀性试验，其耐蚀性提高90%，用WC、CrMn作电极强化不锈钢时，耐蚀性提高3～5倍。
4）硬化层厚度为0.01～0.08mm。