電火花表面強(qiáng)化是利用工具電極與工件間在氣體中產(chǎn)生的火花放電作用，把作為電極的導(dǎo)電材料熔滲進(jìn)工件表層，形成合金化的表面強(qiáng)化層，改善工件表面的物理及化學(xué)性能。
電火花表面強(qiáng)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(zhì)合金等。電火花強(qiáng)化表面因電極材料的沉積發(fā)生有規(guī)律的、較小的長(zhǎng)大，除此之外，模具沒(méi)有其他變形。其心部的組織與性能也不發(fā)生變化，因此十分適用于工件表面強(qiáng)化處理。
金屬電火花表面強(qiáng)化的原理是在工具電極與工件之間接上直流電源或交流電源，由于振動(dòng)器的作用使電極與工件間的放電間隙頻繁變化，工具電極與工件間不斷產(chǎn)生火花放電，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬表面的強(qiáng)化。
電火花強(qiáng)化過(guò)程如圖3-20所示。當(dāng)電極與工件之間的距離較大時(shí)，電源經(jīng)電阻R對(duì)電容充電，電極在振動(dòng)器的帶動(dòng)下向模具靠近（見(jiàn)圖3-20a）。當(dāng)電極與模具之間的間隙接近到某個(gè)距離時(shí)，間隙中的空氣在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下電離，產(chǎn)生火花放電（見(jiàn)圖3-20b），使電極和工件在發(fā)生放電部分的金屬局部熔化，甚至汽化。電極繼續(xù)接近工件并與工件接觸時(shí)，火花放電停止，在接觸點(diǎn)流過(guò)短路電流，使該處繼續(xù)加熱，由于電極以適當(dāng)壓力壓向工件，使熔化的材料互相粘接、擴(kuò)散而形成合金或新的化合物（見(jiàn)圖3-20c）。電極在振動(dòng)器的作用下，離開(kāi)了工件，放電部分急劇冷卻（見(jiàn)圖3-20d）。經(jīng)多次放電，并相應(yīng)地移動(dòng)電極的位置，則在零件表面形成強(qiáng)化層。
電火花表面強(qiáng)化過(guò)程中發(fā)生了物理化學(xué)變化，主要包括超高速淬火、滲碳、滲氮、電極材料的轉(zhuǎn)移等。
a. 超高速淬火
電火花放電在模具表面的極小面積上產(chǎn)生高溫，使該處的金屬熔化和部分汽化，當(dāng)火花放電在極短的時(shí)間內(nèi)停止后，被加熱了的金屬會(huì)以很快的速度冷卻下來(lái)。這相當(dāng)于對(duì)模具表面層進(jìn)行了超速淬火。
b. 滲氮
在電火花放電通道區(qū)域內(nèi)，溫度很高，空氣中的氮分子呈原子狀態(tài)，它和受高溫而熔化的金屬有關(guān)的元素合成高硬度的金屬氮化物，如氮化鐵、氮化鉻等。
c. 滲碳
來(lái)自石墨電極或周?chē)橘|(zhì)的碳元素，熔解在受熱而熔化的鐵中，形成金屬的碳化物，如碳化鐵、碳化鉻等。
d. 電極材料的轉(zhuǎn)移
在操作壓力和火花放電的條件下，電極材料轉(zhuǎn)移到模具金屬熔融表面，有關(guān)金屬合金元素（W、Ti、Cr等）迅速擴(kuò)散在金屬的表面層。
電火花表面強(qiáng)化層具有如下特征：
a. 當(dāng)采用硬質(zhì)合金作電極材料時(shí)，硬度可達(dá)1100～1400HV（約70HRC以上）或更高，耐熱性、耐蝕性和疲勞強(qiáng)度都大大提高。
b. 當(dāng)使用鉻錳、鎢鉻鈷合金、硬質(zhì)合金作工具電極強(qiáng)化45鋼時(shí)，其耐磨性比原表層提高2～2.5倍。
c. 用石墨作電極材料強(qiáng)化45鋼，用食鹽水作腐蝕性試驗(yàn)，其耐蝕性提高90％；用WC、CrMn作電極強(qiáng)化不銹鋼時(shí)，其耐蝕性提高3～5倍。
d. 硬化層厚度為0.01～0.08mm。
鋼制模具工作表面的電火花強(qiáng)化通常采用硬質(zhì)合金電極。為了使被強(qiáng)化的表面光潔，事先必須將模具和電極表面清洗干凈，然后手持振動(dòng)器，將電極沿模具工作表面移動(dòng)，并保持適當(dāng)壓力，使火花放電均勻連續(xù)。
電火花熔滲合金化層的形成是一個(gè)漸近過(guò)程，在每一電規(guī)范下，合金化層厚度出現(xiàn)最大值，在通常使用的電容范圍內(nèi)，最佳單位面積涂覆時(shí)間為6～12min／c㎡。過(guò)分延長(zhǎng)涂覆時(shí)間將出現(xiàn)層厚減薄的趨勢(shì)，并使性能惡化。可用直線方程式表示：
如電極YG8、電壓60V，頻率250Hz，電容60μF，最佳涂覆時(shí)間為6.75min／c㎡，合金化層厚度為13μm；電容322μF，涂覆時(shí)間為11.99min／c㎡，合金化層厚度為27μm。
為了降低合金化層的熱疲勞應(yīng)力和電火花合金化處理的應(yīng)力，可穿插1～2次500℃×4h去應(yīng)力退火，這樣可獲得性能優(yōu)良、層深較厚的表面合金化層。改換電極材料，可使合金化層繼續(xù)增厚，電極斷面尺寸不影響合金化層的厚度。鋼中w（C）小于0.8％時(shí)，隨鋼中碳含量的增加合金層增厚；w（C）大于0.8％時(shí)，隨鋼中碳含量的增加合金層變薄。
用YG8、Nb、Ti、Ta合金化，工件表面將獲得極高的顯微硬度值。
電火花合金層比未經(jīng)電火花合金化處理的模具的熱疲勞性能提高3倍，抗氧化性能提高兩倍，在各種試驗(yàn)介質(zhì)中的耐蝕性提高3～15倍；表3-44所示為3Cr2W8V鋼的處理效果。
電火花表面強(qiáng)化應(yīng)用效果顯著。例如用YG8作電極，對(duì)3Cr2W8V鋼模具進(jìn)行電火花強(qiáng)化處理以后，模具在各類酸堿中的耐蝕性提高4～15倍；而Cr12鋼模具刃口部位經(jīng)電火花表面強(qiáng)化后，模具的平均使用壽命由5萬(wàn)次提高到20萬(wàn)次。
