线切割加工工艺覆盖了当今世界的模具加工业。
变质层由熔凝层（白亮层）和热影响区组成。熔凝层很薄，均匀性、连续性较差；厚度依据材料成分、导热系数和熔点不同从数微米到几十微米不等。是Cr12钢熔凝层的显微照片，呈不均匀连续分布。这是由于钢中高熔点合金碳化物及微观成分不均匀分布所致。当切割到高熔点合金碳化物时，达到熔融态的金属量相应减少。
线切割加工是利用电极和工件间的隧道效应，由脉冲能量产生的瞬时高温、高压及辐射波使金属熔化、气化而被腐蚀掉。由于脉冲瞬时高温和液体介质及工件本身的迅冷作用，致使线切割加工后的淬硬模具零件表面形成一层变质层。表面变质层的微观形貌、组织结构、残余应力分布等因素使模具的使用寿命受到一定的影响，导致模具产生早期疲劳失效。近些年来，人们的研究表明，采用适当的后处理能显著改善模具的使用寿命。本文现就线切割对模具表层组织和硬度、应力分布的影响及改善措施进行一些评述。
2变质层的微观形貌、组织和机械特性2.1微观形貌显微观察发现，模具钢表面变质层微观形貌为许多大小不等、形状各异的放电凹坑和凸缘组成的层状或胞状组织结构，是Cr12MoV钢的微观形貌。这是由于在线切割时电极丝与工作台的机械振动，致使两电极间距离随机的改变，造成电极间的电阻变化，从而引起线切割能量发生变化；另外材料微观成分的不均匀和脉冲电源不稳也有影响。变质层表面还粘附一些细小的球形熔滴，这是因为当放电停止时，极间的气相和液相的金属会固化成空心小球或球形颗粒。
这些都使被切割表面凹凸不平，在冲模时容易脱落，模具制造技术-防锈剂清洗剂bookmark2 2.2显微组织由于线切割加工急热、急冷特点，加工后模具表面微观组织极为细小。2表明熔凝层中主要为细小马氏体和大量的残余奥氏体。常青等人用X射线衍射仪测定，表明Cr12MoV、Cr12和CrWMn钢熔凝层中残余奥氏体含量分别高达60%.由于残余奥氏体的富集，该层呈白亮色，故又称为白亮层。熔凝层中的奥氏体含量随着脉冲能量的增大以近似指数曲线形式增长。在常用电参数范围内，残余奥氏体含量由38%逐渐增大到75%.变质层的次表层由再淬火层和再回火层组成，称作热影响层。同样由于急热、急冷，再淬火层的淬火马氏体极其细小。再回火层随着再回火温度的不同，沿层深方向依次为高温回火层和低温回火层。
2.3显微硬度与残余应力淬硬态模具钢线切割变质层的显微硬度从熔凝层至基体的变化呈草帽形分布，是Cr12MoV钢的硬度分布曲线。
熔凝层中由于含有较多的残余奥氏体，其显微硬度远比基体低得多；随着脉冲能量的增大，熔凝层的显微硬度相应地减小。毗邻的再淬火层的显微硬度*高，模具钢一般为8004000HV.高硬度不仅与从分解的工作液中吸收了碳有关，还与快速加热、冷却使再淬火区的晶粒得到细化有关。熔凝层以极快的速度熔化和凝固，其化学成分很难均匀，因而再淬火层的硬度值也不均匀，数值分布范围较大。另外，由于熔凝层中富集的奥氏体及再淬火层中的马氏体比容不同，使得熔凝层呈现拉应力而再淬火层呈现压应力，是Cr12MoV钢的残余应力分布曲线。实验中发现，线切割残余应力的大小与材料的热学性质和脉冲能量有关，脉冲能量越大，残余拉应力越大；工件材料的导热系数越小，产生的残余拉应力越大。所以若能迅速排除脉冲放电时产生的热量，可减小残余拉应力由于组织应力和热应力的共同作用，熔凝层在凝固时会产生很大的拉应力，当拉应力超过工件材料的强度极限时，就会出现显微裂纹。另外对于某些脆性材料，脉冲放电和工作液蒸发时产生的爆炸力也会使这些材料表面产生裂纹。显微裂纹一般产生在熔凝层内，有时也会延伸到热影响层。
3变质层对模具寿命的影响模具的使用寿命不仅与基体的强韧性有关，而且与其表面的组织、显微裂纹和残余应力的分布有密切的关系。当模具表面的组织结构易产生应力集中而导致裂纹萌生时，模具使用寿命的降低就不可避免。由于模具线切割表面的熔凝层富集了较多残余奥氏体，该层软而强度低；而再淬火层主要为淬火马氏体，该层硬而脆性大，所以线切割变质层的存在使模具表面既降低了强度又降低了韧性。另外，模具在多冲使用中，表面会产生高温使淬火马氏体、残余奥氏体发生分解、转变，而转变引起的附加应力配合变质层中存在的残余拉应力不仅使微裂纹易于形成，还会加速微裂纹的扩展。这样就使模具的多冲寿命受到影响，导致模具早期的疲劳失效而报废。赵福令等人对H13和Stellite4两种钢做了机械磨削和线切割加工的对比试验，结果表明，线切割加工的试件疲劳寿命分别降低4线切割变质层的后处理线切割变质层因影响到模具寿命而引起了人们的高度重视。在线切割模具零件时，人们力图改善线切割变质层的组织结构和机械性能，来满足提高模具使用寿命的需要。即大幅度降低残余奥氏体相的含量，从而提高变质层的显微硬度和降低残余拉应力或转为压应力，从而改善多冲疲劳强度。通过试验分析认为，4.1补充回火补充回火是目前应用较多的一种补救措施。采用适当的温度进行补充回火，在一定程度上可提高线切割变质层的显微硬度，更重要的是它可较大幅度地降低变质层的残余拉应力。CrWMn钢线切割变质层经200*C补充回火处理后，其残余拉应力可从254MPa降低到76.5MPa.另外，回火过程中析出的碳化物，能焊合熔凝层中的显微裂纹。这些都对提高模具的使用寿命有一定的积极作用。补充回火温度，应根据模具零件所要求的整体硬度、塑性和韧性而定；同时回火要及时。因为回火析出的碳化物只能焊合微小裂纹，而微小裂纹由于应力集中作用，随着时间延长极容易扩展成大裂纹。从表1的数据可以看出回火能极大地降低残余奥氏体含量。
表1Cr12MoV冷冲硅钢片凹模补充回火温度对残余奥氏体量的影响热处理工艺1010C油淬；150C回火2h补充回火温度/C（时间2h）未回火残余奥氏体量/% 4.2形变强化喷丸形变处理可有效地提高模具的耐磨性和多冲疲劳强度，从而使冷冲模具的使用寿命得到显著的提高。因为喷丸形变处理一方面能清除粘附在表面上的细小熔滴及连续性、均匀性很差的熔化层，从而改善表面层微观形貌和消除残余裂纹；另外可促使表面层产生塑性形变，而残余奥氏体相在形变时会诱发马氏体相变，以及形变硬化效应，以致显著地提高变质层的显微硬度，同时也使变质层残余应力由拉应力转化为压应力。如果喷丸形变后再加以补充回火，则效果会更好。例如，对CrWMn钢多冲寿命试样的线切割进行喷丸形变处理，其多冲寿命可以从1万次提高到7万次以上；若再进行160C补充回火，则其多冲寿命可进一步提高到22万次。
4.3小脉冲能量切割脉冲能量的大小对线切割变质层的微观形貌、组织结构、应力分布以及变质层的厚度都有一定的影响。随着脉冲能量的减小，变质层的微观形貌趋于改善，残余奥氏体相含量呈指数曲线形式相应地降低，显微硬度稍有提高，表面残余拉应力有所下降，这一切都有利于提高模具的使用寿命。由此可见，在多次切割中，将*后一次切割的脉冲能量控制在很小的范围内，是提高模具使用寿命的有效途径。
4.4深冷处理加高温回火深冷处理可使残余奥氏体量降低到*低程度，显著提高变质层的硬度；高温回火后合金碳化物从马氏体中析出，弥散分布，引起二次硬化。这些都有助于提高变质层的耐磨性、硬度、强韧性。Cr12MoV钢凹模进行液氮深冷加高温回火处理，使凹模的平均使用寿命从9.2万次提高到84.3万次，且中间刃磨次数从1班（8h）2次，提高到2班1次。
4.5其他方法抛光法，其作用是除去表面熔凝层乃至整个变质层，以重新建立工作面。抛光法可以消除表面的裂纹，但不能完全消除残余拉应力；因此，在进行适当的热处理就可以提高模具的疲劳寿命。其他还有二次脉冲电解法、挤压研磨法等。
5结束语线切割加工是模具制造中不可缺少的加工手段，其对工件表面性能的某些不利影响是可以逐步克服的。随着人们对线切割加工机理的不断认识，可以通过采用合理的加工参数和适当的工艺措施，把放电过程产生的不利影响减小到*低程度；再通过补充回火等措施来提高模具表面性能，延长使用寿命。在某些场合甚至还可以利用线切割加工来提高模具表面性能。
