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[摘 要]电火花表面强化是H13钢模具加工中的一道重要工序，对保证模具良好应用性能具有重要意义，通过对电火花表面强化技术进行研究，分析技术参数与强化结果之间的关系，可以有效提高电火花表面强化技术水平。传统的电火花表面参数的优选方法都是比较复杂的，本文提出了一种更为简单的正交实验优选方法，通过试验并对试验结果进行分析，发现电火花表面强化效果在很大程度上受电极材料的影响，并通过对强化层的耐磨性能、组织结构以及显微硬度等进行综合分析，证明石墨电极是一种最好的电火花表面强化电极。
[关键词]H13钢 电火花表面强化 技术参数 正交试验 电极材料
中图分类号：TG661 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）28-0170-01
H13钢具有众多的应用优点，是一种综合性能良好的模具加工材料，但是，在高温加工条件下，材料表面会受到液化金属的侵蚀，会对钢材的组织结构造成破坏，进而影响其使用性。为了充分发挥H13钢在模具中的应用优势，就需要采用电火花表面强化技术，在高温加工过程中，对其表面进行保护，降低金属液对钢材组织结构的破坏影响，确保H13钢模具具有良好的应用性能。所以，便需要不断加强对电火花表面强化技术的研究，进行技术改进和技术优化，增强电火花表面强化结果。
1.试验目的
电火花表面强化技术是模具加工生产中的一项重要技术，对提高模具使用性能具有重要意义。虽然前人对该项技术进行了大量研究，但是仅仅停留在某些电极或者某些电参数等局部工作，没有形成较为全面化、系统化的研究结果，无法准确判断电火花表面强化技术参数对强化结果的具体影响，所以，本文采用正交实验法对其进行了研究，希望能够提供借鉴。
2.H13钢模具电火花表面强化技术参数的优选试验过程
采用正交实验法对H13钢模具进行电火花强化试验时，所用设备为自制强化机，因为试验所用材料都是H13钢，既试验材料的基体是相同的，所以，在对试验进行比较、分析的时候，只需要从电极和电路系统两方面进行考虑即可。在试验过程中，使电极材料、电参数、电极运行速度三个因素不同，并分别设置三个试验组，所用电极材料分别为石墨、YG8硬质合金以及Cr12MoV钢，所用电参数分别为电压10V、电容1500μF，电压20V、电容1500μF，电压30V、电容1500μF，所用电极运行速度分别为100mm/min、200mm/min以及不设置。然后以电极材料的耐磨性能作为判断试验结果的重要依据，分析三组试验的优劣性[1]。
以MM200磨损试验机的运行参数为标准，对H13钢模具材料进行相应的调整，将其制作成内外径分别为16mm和30mm的圆环形状，试件厚度为10mm。然后采用正交实验法，对三个试验组电火花表面强化结果进行分析，并对电极的磨损程度进行比较。在对H13钢材试件进行强化处理时，除GCr15配有上试件之外，其他都采用下试件方式进行处理，GCr15加载120kg的砝码，将上轮转速和下轮转速分别设置为160r/min以及180r/min。经过两个小时之后，使用丙酮对试件进行清洗，在试件完全干燥后，使用天平称量试件的质量，与试验前的质量进行比较，进而判断试件的磨损程度，所用天平型号为AG206电子天平，分度值大小为0.1mg。为了确保试验结果的精准性，每种试验方案都要进行多次操作，将多次实验结果进行整合，取平均值作为最终依据，对试件的磨损程度进行比较，判断试件耐磨性能的优劣性。
同时，还需要使用电子显微镜对试验前后的强化层组织面貌进行观察，并沿模具强化层的深度方向，使用显微硬度测量仪器测量其显微硬度，本试验中所用电子显微镜以及显微硬度测量仪器的型号分别为HITACHI S-580以及HV-1000。在测量显微硬度的时候，需要在试件表面施加150g重砝码，保压15s[2]。
3.H13钢模具电火花表面强化技术参数的优选试验结果
3.1 强化层的耐磨性能
对试验数据经完善，得到较为全面、准确的磨损数据，然后再利用极差法对正交实验结果进行分析、比较，对不同试件的耐磨性能进行比较。计算、分析结果表明，电极材料为石墨，电参数为电压10V、电容1500μF，电极运行速度为100mm/min的试件质量磨损最小，耐磨性能最好。并且，三种因素对电火花表面强化层耐磨性能的影响程度是不同的，其中电极材料的影响最大，电极运行速度的影响最小。
同时，根据正交实验结果可知，当电参数和电极运行速度相同、电极材料不同时，电火花表面强化层的耐磨性能也是不一样的，其中电极材料为石墨的强化层耐磨性能最好，而电极材料为YG8硬质合金的强化层耐磨性能最差。当电极材料和電极运行速度相同时，因为电参数较小一次性融化的金属体积小，强化点小，强化层表面摩擦系数和磨损度较低，所以强化层的耐磨性能会随着电参数的减小而增强。如果控制电极材料和电参数保持一致，因为电极运行速度较小时，稳定性更强，强化点不会出现断断续续的情况，强化层的密度较高，所以，强化层的耐磨性能会随着电极运行速度的提高而增强[3]。
3.2 强化层的组织形貌
利用电子显微镜对相同条件下，使用不同电极材料进行电火花表面强化处理的试件的SEM照片进行观察，分析不同强化层的组织形貌。其中，电极材料为石墨的强化层细腻均匀，存在宽度较大的扩散层以及少量开裂程度较小的横向裂纹，但是没有孔洞出现。电极材料为YG8硬质合金的强化层颜色发白、亮度较高，与陶瓷类似，强化层中存在大量的横向裂纹和纵向裂纹，涂层与电极材料之间没有明显的扩散层，且沿界面有裂纹存在，整个强化层中分布有大量孔洞。电极材料为Cr12MoV钢的强化层也比较细腻，土层与电极材料之间的界限模糊不清，存在宽度较窄的扩散层。
通过对强化层的组织形貌进行观察，可以发现当电极材料不同时，所形成强化层组织形貌有很大的区别，所以可以知道电极材料是影响强化效果的最主要因素。同时，根据三种电极材料条件下所形成强化层的组织形貌特点，可以知道电极材料为石墨的强化层耐磨性能最好，Cr12MoV钢，YG8硬質合金最差。
3.3 强化层的显微硬度
通过对强化层的显微硬度进行测量，绘制出沿强化层有内向外的硬度分布曲线。曲线数据表明，经电火花表面强化后，表层的硬度远高于基体硬度，而且随纵向深度的加大，硬度值下降。石墨电极和YG8硬质合金电极所形成的强化层硬度强化层几乎相同，最大值大约为733HV0.1，Cr12MoV钢所形成的强化层硬度较小，最大值只有630HV0.1。
经过试验可以知道，石墨电极所形成的强化层的耐磨性能、组织形貌以及显微硬度特性都是最好的，是H13钢模具表面最佳的强化电极材料。
结束语：
利用正交实验法对H13钢模具电火花表面能强化工艺参数进行优化分析，可以知道电极材料是影响强化层性能的最主要因素，其中石墨电极所形成的强化层的耐磨性能、组织形貌以及显微硬度特性都是最好的，是H13钢模具表面最佳的强化电极材料。
参考文献：
[1]葛志宏，邓静.H13钢模具电火花表面强化工艺参数优化分析[J].热加工工艺，2015，（6）：109-111.
[2]杨慧，李敏，王井玲，等.不同工作介质条件下电火花表面强化H13钢组织与性能研究[J]. 焊接技术，2013，（9）：17-20.
[3]葛志宏，邓静.H13钢模具表面电火花沉积修复层耐磨性和抗腐蚀性[J].热加工工艺，2013，（21）：112-113.
作者简介：
于海洋：1980年4月 籍贯：内蒙古赤峰市 性别：男 学历：大学本科，天津职业技术师范大学在职研究生在读 研究方向：职业学校教学改革 职称：讲师
[关键词]H13钢 电火花表面强化 技术参数 正交试验 电极材料
中图分类号：TG661 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）28-0170-01
H13钢具有众多的应用优点，是一种综合性能良好的模具加工材料，但是，在高温加工条件下，材料表面会受到液化金属的侵蚀，会对钢材的组织结构造成破坏，进而影响其使用性。为了充分发挥H13钢在模具中的应用优势，就需要采用电火花表面强化技术，在高温加工过程中，对其表面进行保护，降低金属液对钢材组织结构的破坏影响，确保H13钢模具具有良好的应用性能。所以，便需要不断加强对电火花表面强化技术的研究，进行技术改进和技术优化，增强电火花表面强化结果。
1.试验目的
电火花表面强化技术是模具加工生产中的一项重要技术，对提高模具使用性能具有重要意义。虽然前人对该项技术进行了大量研究，但是仅仅停留在某些电极或者某些电参数等局部工作，没有形成较为全面化、系统化的研究结果，无法准确判断电火花表面强化技术参数对强化结果的具体影响，所以，本文采用正交实验法对其进行了研究，希望能够提供借鉴。
2.H13钢模具电火花表面强化技术参数的优选试验过程
采用正交实验法对H13钢模具进行电火花强化试验时，所用设备为自制强化机，因为试验所用材料都是H13钢，既试验材料的基体是相同的，所以，在对试验进行比较、分析的时候，只需要从电极和电路系统两方面进行考虑即可。在试验过程中，使电极材料、电参数、电极运行速度三个因素不同，并分别设置三个试验组，所用电极材料分别为石墨、YG8硬质合金以及Cr12MoV钢，所用电参数分别为电压10V、电容1500μF，电压20V、电容1500μF，电压30V、电容1500μF，所用电极运行速度分别为100mm/min、200mm/min以及不设置。然后以电极材料的耐磨性能作为判断试验结果的重要依据，分析三组试验的优劣性[1]。
以MM200磨损试验机的运行参数为标准，对H13钢模具材料进行相应的调整，将其制作成内外径分别为16mm和30mm的圆环形状，试件厚度为10mm。然后采用正交实验法，对三个试验组电火花表面强化结果进行分析，并对电极的磨损程度进行比较。在对H13钢材试件进行强化处理时，除GCr15配有上试件之外，其他都采用下试件方式进行处理，GCr15加载120kg的砝码，将上轮转速和下轮转速分别设置为160r/min以及180r/min。经过两个小时之后，使用丙酮对试件进行清洗，在试件完全干燥后，使用天平称量试件的质量，与试验前的质量进行比较，进而判断试件的磨损程度，所用天平型号为AG206电子天平，分度值大小为0.1mg。为了确保试验结果的精准性，每种试验方案都要进行多次操作，将多次实验结果进行整合，取平均值作为最终依据，对试件的磨损程度进行比较，判断试件耐磨性能的优劣性。
同时，还需要使用电子显微镜对试验前后的强化层组织面貌进行观察，并沿模具强化层的深度方向，使用显微硬度测量仪器测量其显微硬度，本试验中所用电子显微镜以及显微硬度测量仪器的型号分别为HITACHI S-580以及HV-1000。在测量显微硬度的时候，需要在试件表面施加150g重砝码，保压15s[2]。
3.H13钢模具电火花表面强化技术参数的优选试验结果
3.1 强化层的耐磨性能
对试验数据经完善，得到较为全面、准确的磨损数据，然后再利用极差法对正交实验结果进行分析、比较，对不同试件的耐磨性能进行比较。计算、分析结果表明，电极材料为石墨，电参数为电压10V、电容1500μF，电极运行速度为100mm/min的试件质量磨损最小，耐磨性能最好。并且，三种因素对电火花表面强化层耐磨性能的影响程度是不同的，其中电极材料的影响最大，电极运行速度的影响最小。
同时，根据正交实验结果可知，当电参数和电极运行速度相同、电极材料不同时，电火花表面强化层的耐磨性能也是不一样的，其中电极材料为石墨的强化层耐磨性能最好，而电极材料为YG8硬质合金的强化层耐磨性能最差。当电极材料和電极运行速度相同时，因为电参数较小一次性融化的金属体积小，强化点小，强化层表面摩擦系数和磨损度较低，所以强化层的耐磨性能会随着电参数的减小而增强。如果控制电极材料和电参数保持一致，因为电极运行速度较小时，稳定性更强，强化点不会出现断断续续的情况，强化层的密度较高，所以，强化层的耐磨性能会随着电极运行速度的提高而增强[3]。
3.2 强化层的组织形貌
利用电子显微镜对相同条件下，使用不同电极材料进行电火花表面强化处理的试件的SEM照片进行观察，分析不同强化层的组织形貌。其中，电极材料为石墨的强化层细腻均匀，存在宽度较大的扩散层以及少量开裂程度较小的横向裂纹，但是没有孔洞出现。电极材料为YG8硬质合金的强化层颜色发白、亮度较高，与陶瓷类似，强化层中存在大量的横向裂纹和纵向裂纹，涂层与电极材料之间没有明显的扩散层，且沿界面有裂纹存在，整个强化层中分布有大量孔洞。电极材料为Cr12MoV钢的强化层也比较细腻，土层与电极材料之间的界限模糊不清，存在宽度较窄的扩散层。
通过对强化层的组织形貌进行观察，可以发现当电极材料不同时，所形成强化层组织形貌有很大的区别，所以可以知道电极材料是影响强化效果的最主要因素。同时，根据三种电极材料条件下所形成强化层的组织形貌特点，可以知道电极材料为石墨的强化层耐磨性能最好，Cr12MoV钢，YG8硬質合金最差。
3.3 强化层的显微硬度
通过对强化层的显微硬度进行测量，绘制出沿强化层有内向外的硬度分布曲线。曲线数据表明，经电火花表面强化后，表层的硬度远高于基体硬度，而且随纵向深度的加大，硬度值下降。石墨电极和YG8硬质合金电极所形成的强化层硬度强化层几乎相同，最大值大约为733HV0.1，Cr12MoV钢所形成的强化层硬度较小，最大值只有630HV0.1。
经过试验可以知道，石墨电极所形成的强化层的耐磨性能、组织形貌以及显微硬度特性都是最好的，是H13钢模具表面最佳的强化电极材料。
结束语：
利用正交实验法对H13钢模具电火花表面能强化工艺参数进行优化分析，可以知道电极材料是影响强化层性能的最主要因素，其中石墨电极所形成的强化层的耐磨性能、组织形貌以及显微硬度特性都是最好的，是H13钢模具表面最佳的强化电极材料。
参考文献：
[1]葛志宏，邓静.H13钢模具电火花表面强化工艺参数优化分析[J].热加工工艺，2015，（6）：109-111.
[2]杨慧，李敏，王井玲，等.不同工作介质条件下电火花表面强化H13钢组织与性能研究[J]. 焊接技术，2013，（9）：17-20.
[3]葛志宏，邓静.H13钢模具表面电火花沉积修复层耐磨性和抗腐蚀性[J].热加工工艺，2013，（21）：112-113.
作者简介：
于海洋：1980年4月 籍贯：内蒙古赤峰市 性别：男 学历：大学本科，天津职业技术师范大学在职研究生在读 研究方向：职业学校教学改革 职称：讲师