Ti-6Al-4V雙相鈦合金因其具有比強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于航空航天、化工、汽車(chē)船舶以及醫(yī)療等領(lǐng)域[1-2]。但與此同時(shí)，Ti-6Al-4V合金因其低導(dǎo)熱性、高化學(xué)活性、高強(qiáng)度與低彈性模量和較高的切屑粘附傾向等特點(diǎn)，相較其他合金加工要求更高，是一種難加工的合金材料。通過(guò)熱處理工藝，在β相轉(zhuǎn)變溫度之上進(jìn)行固溶處理則會(huì)得到片層狀微觀組織。其典型特征為原始β晶粒內(nèi)部析出平行排列的α片層，片層間由殘留β相作為分隔。相較于其他微觀組織，基于α/β相界面強(qiáng)化作用，全片層組織具有優(yōu)異的斷裂韌性和抗裂紋擴(kuò)展能力[3-5]。隨著科技發(fā)展，以全片層Ti-6Al-4V為代表的雙相鈦合金應(yīng)用場(chǎng)景愈加廣泛，傳統(tǒng)加工的精度、成本和表面質(zhì)量難以滿(mǎn)足新的要求[6]。電火花線切割工藝以電火花放電原理對(duì)金屬進(jìn)行切割，加工過(guò)程不存在宏觀力，可以避免金屬過(guò)硬對(duì)工具的損傷，降低加工成本[7]。電火花線切割過(guò)程中，由于放電產(chǎn)生的高溫使切割表面熔融，又在工作液的沖刷下迅速凝固，形成一層表面凹凸不平，含有裂紋、孔隙的重鑄層（recastlayer）[8]。重鑄層呈硬脆性，其會(huì)聚集腐蝕性物質(zhì)，降低工件耐腐蝕性，最終成為裂紋的形核位點(diǎn)，導(dǎo)致工件的性能變差，降低服役壽命�；�于金屬材料的導(dǎo)熱性，重鑄層積聚的熱量不能快速散發(fā)，形成一層相對(duì)于基體（bulkTi-6Al-4V）組織輕微回火的熱影響區(qū)（heat-affectedzone,HAZ）[9]。

重鑄層無(wú)法消除，只能通過(guò)加工參數(shù)合理改善。王澤涵等[10]發(fā)現(xiàn)重鑄層厚度隨脈沖寬度和峰值電流的增加而增加，Pramanik等[11]發(fā)現(xiàn)隨著峰值電流的減小，重鑄層表面粗糙度更低。為了深入研究電火花線切割的參數(shù)對(duì)加工質(zhì)量和加工速度的影響，孫倫業(yè)等[12]通過(guò)單因素試驗(yàn)法分別改變脈沖寬度、脈沖間隙、功放管數(shù)和變頻值對(duì)TC4鈦合金表面粗糙度和切割速度的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)隨著脈沖寬度、功放管數(shù)、變頻值的增大，切割速度隨之增大，表面粗糙度亦隨之增加。但單因素試驗(yàn)法的實(shí)驗(yàn)周期及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)冗長(zhǎng)繁瑣，無(wú)法得到影響各指標(biāo)的因素主次順序，也無(wú)法給出最優(yōu)因素組合。正交實(shí)驗(yàn)法通過(guò)正交表設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，能從多組實(shí)驗(yàn)方案中選出少數(shù)代表性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)方案，并通過(guò)少數(shù)實(shí)驗(yàn)方案得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到多組實(shí)驗(yàn)方案中最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)方案組合[13]。李曉舟等[14]通過(guò)三因素三水平正交表研究脈沖寬度、脈沖間隙和峰值電流對(duì)304不銹鋼表面質(zhì)量和性能的影響規(guī)律，其中加工表面粗糙度的影響因素依次為脈沖寬度＞脈沖電流＞脈沖間隙，重鑄層的硬度（hardness,H）隨脈沖能量的變化呈線性趨勢(shì)。王蕾等[15]對(duì)GH4169合金進(jìn)行四因素兩指標(biāo)的正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和極差分析，最終得到脈沖寬度是影響切割速度和表面粗糙度的最主要影響因素。但對(duì)于加工指標(biāo)而言，表面粗糙度并不是唯一標(biāo)準(zhǔn)，在日常加工條件下，既要考慮加工質(zhì)量，也不能忽略加工效率，在保證加工質(zhì)量的同時(shí)又能保證加工效率的參數(shù)組合應(yīng)是最優(yōu)方案。

加工過(guò)程中產(chǎn)生的高溫會(huì)融化和汽化工件材料。由于鈦的導(dǎo)熱性較低，重鑄層的表面溫度顯著高于熱影響區(qū)，導(dǎo)致在加工區(qū)域薄層邊緣存在明顯的溫度梯度，力學(xué)性能也會(huì)受到顯著影響。Hasçalık等[16]通過(guò)探究不同電極材料等工藝參數(shù)對(duì)Ti-6Al-4V合金表面完整性的影響，發(fā)現(xiàn)重鑄層表面存在Ti24C15碳化物，電火花將工作液中分解為碳和氫元素，因此不可避免地形成碳化物，Ti24C15的形成導(dǎo)致重鑄層具有比基體組織更高的硬度。Basak等[17]分別對(duì)TC4鈦合金的重鑄層、熱影響區(qū)和基體組織進(jìn)行微柱壓縮，其中重鑄層具有更高的屈服強(qiáng)度和硬度以及較低的彈塑性比，而延伸率僅有2%，即重鑄層表現(xiàn)出硬而脆的特征。但目前仍缺乏不同電火花線切割加工參數(shù)對(duì)Ti-6Al-4V合金的重鑄層及熱影響區(qū)力學(xué)性能的影響。傳統(tǒng)力學(xué)性能測(cè)試方法無(wú)法達(dá)到幾個(gè)微米的尺度，納米壓痕試驗(yàn)方法通過(guò)高精度連續(xù)控制及記錄樣品上壓頭加載和卸載時(shí)的載荷和位移數(shù)據(jù)，因此能快速實(shí)現(xiàn)多組納米級(jí)別的力學(xué)表征[18]，因此成為微納尺度下力學(xué)性能測(cè)試以及梯度性能表征的首選工具。

基于此，在本研究中提出四因素三水平三指標(biāo)正交實(shí)驗(yàn)，研究脈沖寬度、脈沖間隙、功放管數(shù)及運(yùn)絲速度對(duì)切割時(shí)間、切口平整度及重鑄層厚度的影響規(guī)律，通過(guò)極差分析各指標(biāo)的因素影響主次順序，得到最優(yōu)因素組合方案，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證最優(yōu)方案的可行性。對(duì)最優(yōu)方案利用納米壓痕測(cè)試，探究重鑄層、熱影響區(qū)與基體間的硬度變化規(guī)律以及不同切割參數(shù)下表層加工性能變化趨勢(shì)，為電火花線切割的生產(chǎn)實(shí)踐提供必要的理論基礎(chǔ)與實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1、實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料

本文采用的實(shí)驗(yàn)材料為T(mén)i-6Al-4V（wt.%）合金，其化學(xué)成分如表1所示。這種合金是通過(guò)三次真空自耗熔煉的方法得到，之后依次歷經(jīng)β單相區(qū)鑄錠開(kāi)胚鍛造、α+β兩相區(qū)鍛造以及β單相區(qū)熱處理得到全片層組織。圖1為兩相的微觀形貌，原始β相晶粒內(nèi)存在排列規(guī)則的α相集束，層間為β相。統(tǒng)計(jì)測(cè)量α集束尺寸為（829±40）μm，α相和β相片層的厚度分別為（1.53±0.4）μm和（0.39±0.01）μm。

1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備與方法

本實(shí)驗(yàn)采用電火花切割型號(hào)為DK7715電火花數(shù)控線切割機(jī)床。首先將樣品切割制備為22×12×2mm3的塊狀試樣，依照正交表切割參數(shù)，將試樣分為9組進(jìn)行切割，切口間距均為2mm，對(duì)每組均切割7mm并計(jì)時(shí)，用以衡量不同參數(shù)下的切割效率。使用TESCANGAIA3型SEM-FIB雙束電鏡記錄切割后形貌，測(cè)量切口寬度，其中每組切口等距離選取50個(gè)位置測(cè)量寬度后，對(duì)切口寬度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差，用以表征不同切割參數(shù)下的切口平整度；用相同方法測(cè)量重鑄層的厚度并取平均值。為研究電加工對(duì)Ti-6Al-4V合金表層性能的變化趨勢(shì)，對(duì)篩選后的最優(yōu)參數(shù)組合使用HysitronTI990TriboIndenter納米壓痕測(cè)試系統(tǒng)分別在重鑄層、熱影響區(qū)及基體區(qū)進(jìn)行納米壓痕硬度測(cè)試，對(duì)其熱影響區(qū)和基體區(qū)進(jìn)行等距離打點(diǎn)。納米壓痕測(cè)試具有高空間分辨率和全面的材料性能分析能力，在實(shí)驗(yàn)樣品中電火花切割造成的熱影響區(qū)、重鑄層的尺寸都很小，本研究中選用納米壓痕測(cè)試可以快速準(zhǔn)確獲得微區(qū)的性能指標(biāo)，便于對(duì)切口質(zhì)量的評(píng)價(jià)。考慮到納米壓痕測(cè)試的最大深度有限，本實(shí)驗(yàn)選取試樣切割的切口截面進(jìn)行硬度測(cè)試，以反映整個(gè)重鑄層厚度方向的硬度情況。此外在測(cè)試過(guò)程中，由于重鑄層測(cè)試面易存在高度不一情況，從而影響測(cè)試結(jié)果，因此需要保證重鑄層處于和熱影響區(qū)以及基體處于同一集束的前提下，盡量對(duì)處于同一高度的位置進(jìn)行硬度測(cè)試。依照《儀器化納米壓入實(shí)驗(yàn)方法》通則（GB/T22458-2008）[19]，采用載荷控制方法，設(shè)定最大載荷為5000μN，保載時(shí)間為1.5秒。

1.3實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

本研究旨在探究電火花線切割參數(shù)包括脈沖寬度、脈沖間隔、功放管數(shù)、運(yùn)絲速度4項(xiàng)不同因素水平選擇對(duì)切割時(shí)間、重鑄層厚度，切口平整度3項(xiàng)指標(biāo)的影響規(guī)律，因此本實(shí)驗(yàn)選用L9(34)正交表，如表2所示。通過(guò)正交表選擇9組參數(shù)組合進(jìn)行電火花線切割加工Ti-6Al-4V試樣，對(duì)三種試驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，所有測(cè)量數(shù)據(jù)均被記入到表3中。使用因素位級(jí)對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果平均極差計(jì)算各因素對(duì)各指標(biāo)的影響情況[20]，極差值越大表明該因素影響效果越明顯。測(cè)試后對(duì)所有檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可得到最優(yōu)參數(shù)組合方案。最后根據(jù)最優(yōu)組合重新進(jìn)行切割實(shí)驗(yàn)并記錄指標(biāo)值，驗(yàn)證其可行性。

注：脈沖寬度表示放電的持續(xù)時(shí)間；脈沖間隙指兩個(gè)相鄰脈沖之間的間隔時(shí)間；功放管數(shù)指放電系統(tǒng)中功率放大器中用于輸出的功率管的數(shù)量，增加功放管的數(shù)量可以提高功率輸出，從而增加輸出電流和功率；運(yùn)絲速度代表加工時(shí)可被允許的最大運(yùn)行速度[21]

2、結(jié)果與分析

2.1正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

利用正交表參數(shù)通過(guò)電火花切割樣品后的形貌如圖2所示，根據(jù)表3所記錄的切割時(shí)間直觀分析，第一組用時(shí)最長(zhǎng)，第七組用時(shí)最短；此外還發(fā)現(xiàn)功放管數(shù)為1的組別用時(shí)相對(duì)較長(zhǎng)，功放管數(shù)為9的組別用時(shí)相對(duì)較短；功率管數(shù)情況相同時(shí)，脈沖寬度越大，用時(shí)越短。對(duì)于切口平整度而言，第七組切口寬度的標(biāo)準(zhǔn)差最大，第一組切口寬度的標(biāo)準(zhǔn)差最小，與脈沖寬度和功放管數(shù)相對(duì)應(yīng)，即脈沖寬度和功放管數(shù)越大，切口寬度起伏越大。對(duì)于重鑄層厚度而言，第五組重鑄層平均厚度最大，第一組重鑄層平均厚度最小，與功放管數(shù)相對(duì)應(yīng)。因此推斷功放管數(shù)與脈沖寬度為主要影響因素，脈沖間隔和運(yùn)絲速度為次要影響因素。

使用9組不同水平參數(shù)組合進(jìn)行電火花切割后的切口形貌和重鑄層形貌分別如圖3和圖4所示。之所以選取切口平整度和重鑄層厚度作為表面損傷情況的指標(biāo)，是因?yàn)榍锌谄秸�度是反映切割質(zhì)量的關(guān)鍵，重鑄層往往還伴隨著空隙、裂紋、電蝕坑等缺陷，嚴(yán)重降低材料耐蝕性和力學(xué)性能。這些缺陷也是圖4劃分重鑄層和熱影響區(qū)的依據(jù)，熱影響區(qū)和基體的區(qū)域則根據(jù)硬度分布而劃分。從圖4發(fā)現(xiàn)，基于各組切割參數(shù)不同，重鑄層厚度存在顯著變化。若工作液難以對(duì)脈沖能量產(chǎn)生的高溫快速進(jìn)行冷卻，熔融等溫線將進(jìn)一步滲透至材料內(nèi)部，將會(huì)導(dǎo)致更厚的重鑄層。各組切割后產(chǎn)生的重鑄層厚度存在不均勻現(xiàn)象，工作液沖刷位置以及熱量散發(fā)地不均勻都是導(dǎo)致形成該現(xiàn)象的原因。除脈沖寬度和功放管數(shù)均為最小值的第一組外，其余重鑄層內(nèi)均有發(fā)現(xiàn)電蝕坑、裂紋、凸起等特征。這是因?yàn)殡娀鸹ǚ烹娺^(guò)程中，材料表面受到強(qiáng)烈的電蝕作用，會(huì)導(dǎo)致表面發(fā)生不均勻的熔融和固化，從而產(chǎn)生電蝕坑。在加熱過(guò)程中發(fā)生塑性變形的區(qū)域不可逆，因此產(chǎn)生了平行于表面的平面拉應(yīng)力，從而形成與表面垂直的微裂紋[22]。此外，在部分功放管數(shù)較大的重鑄層內(nèi)，如第5、7組，還觀察到具有高縱橫比的針狀組織，結(jié)合EDS元素分析，推測(cè)在電火花線切割過(guò)程中極端加熱和快速冷卻的加工條件會(huì)使重鑄層形成明顯的馬氏體[16-17,27]。

2.2極差分析

極差分析法是正交試驗(yàn)結(jié)果分析的最常用方法，通過(guò)極差分析能分清各因素及其交互作用的主次順序。極差值越大，意味著該因素的不同水平對(duì)指標(biāo)的影響越大。極差分析需要首先確定試驗(yàn)指標(biāo)在單一因素下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果平均值K_ni（n=a,b,c;i=1,2,3），其中n代表指標(biāo)，i代表水平。極差計(jì)算公式為：

式中，R_j為極差，K_imax為K_ni的最大值，K_imin為K_ni的最小值。

對(duì)三個(gè)指標(biāo)分別計(jì)算各個(gè)因素下的水平平均值，根據(jù)均值計(jì)算三指標(biāo)的各因素極差，并統(tǒng)計(jì)入表4。從表4中可以看到，對(duì)于切割時(shí)間，功放管數(shù)的極差值遠(yuǎn)大于其余三個(gè)因素的極差值，影響因素依次為R_C（功放管數(shù)）>R_A（脈沖寬度）>R_B（脈沖間隙）>R_D（運(yùn)絲速度），因此在本次實(shí)驗(yàn)中功放管數(shù)對(duì)于切割時(shí)間的影響是最大的，脈沖寬度的影響次之，脈沖間隙的影響再次之，運(yùn)絲速度的影響最小。對(duì)于切口平整度，功放管數(shù)和脈沖寬度的極差值較脈沖間隙和運(yùn)絲速度更大，影響因素依次為R_C（功放管數(shù)）>R_A（脈沖寬度）>R_B（脈沖間隙）>R_D（運(yùn)絲速度），即說(shuō)明在本次實(shí)驗(yàn)中功放管數(shù)對(duì)于切口平整度的影響是最大的，脈沖寬度的影響程度次之，脈沖間隙再次之，運(yùn)絲速度的影響最小。對(duì)于重鑄層厚度，脈沖寬度和功放管數(shù)的極差值較運(yùn)絲速度和脈沖間隙更大，影響因素依次為R_A（脈沖寬度）>R_C（功放管數(shù)）>R_D（運(yùn)絲速度）>R_B（脈沖間隙），說(shuō)明脈沖寬度對(duì)于重鑄層厚度的影響是最大的，功放管數(shù)的影響次之，運(yùn)絲速度再次之，脈沖間隙的影響最小。根據(jù)極差分析的結(jié)果可知，三指標(biāo)的主要影響因素為脈沖寬度和功放管數(shù)，次要影響因素為脈沖間隙和運(yùn)絲速度。

2.3參數(shù)優(yōu)化

根據(jù)極差分析的結(jié)果，可通過(guò)改變主要影響因素、固定次要影響因素達(dá)到參數(shù)優(yōu)化的目的。主要影響因素存在三種選擇，分別為A1C3、A2C2、A3C1。對(duì)于次要影響因素，選擇B2D3可以同時(shí)兼顧切割效率和加工表面質(zhì)量，因此最后確定三種水平組合優(yōu)化，如表5所示。

表中第8組為正交表3中的參數(shù)組合，不必再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，第10組和第11組為L(zhǎng)9(34)正交表之外的參數(shù)組合。對(duì)優(yōu)化后的水平組合進(jìn)行電火花切割，切割后試樣形貌見(jiàn)圖5。

對(duì)比參數(shù)優(yōu)化前后切口和重鑄層形貌，其中第10組切口存在較多碎屑?xì)埩�，�?jiàn)圖6a，重鑄層表面存在較高密度裂紋及隨機(jī)分布的微孔，見(jiàn)圖6c，高壓時(shí)會(huì)形成較大的電場(chǎng)，容易產(chǎn)生火花，致使表面粗糙。在切割過(guò)程中，材料局部溫度迅速升高至發(fā)生熔融，然后迅速冷卻，這種劇烈的局部溫度梯度導(dǎo)致熱應(yīng)力積累，進(jìn)而形成裂紋。微孔是由放電過(guò)程中產(chǎn)生的氣體造成的。產(chǎn)生的氣體首先溶解在熔融材料內(nèi)，然后大部分氣泡會(huì)隨著熔融材料的飛濺而排出，未排出的氣體被困在重新凝固的材料中，進(jìn)而形成微孔[23]。根據(jù)極差分析的結(jié)果可知，第11組脈沖寬度最小，其切口處重鑄層厚度更小，如圖6d所示。

計(jì)算第10組和第11組的切口平整度和重鑄層平均厚度，并記錄在表中，并與表3中第4組和第3組參數(shù)組合相似參數(shù)組合進(jìn)行比較，如表6所示。

分析表中數(shù)據(jù)可知，與優(yōu)化之前相似水平組合參數(shù)對(duì)比，優(yōu)化后第8組、第10組、第11組的切割時(shí)間分別是426、78和98s�？梢钥闯鲈趦�(yōu)化了脈沖間隙和運(yùn)絲速度后，第10組相比第4組改善了切口平整度、降低了重鑄層厚度，第11組相比第3組大幅提高了切割效率。其中第8組在三組優(yōu)化數(shù)據(jù)中具有最優(yōu)的切口平整度，第10組則具有最短的切割時(shí)間，第11組具有最小的重鑄層厚度。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分析及參數(shù)優(yōu)化，得到了可獲得最快切割效率及最佳加工表面質(zhì)量分別對(duì)應(yīng)的切割條件，實(shí)驗(yàn)者可根據(jù)需求選擇最適合的加工參數(shù)，對(duì)于電火花線切割實(shí)驗(yàn)參數(shù)的選擇具有很好的參考意義。

2.4表層納米尺寸力學(xué)性能研究

重鑄層是由線切割利用放電產(chǎn)生的高溫和工作液沖刷后迅速冷卻導(dǎo)致的，并且重鑄層通常會(huì)出現(xiàn)硬度增高，這可能導(dǎo)致材料變脆、降低韌性。且有部分樣品的重鑄層中出現(xiàn)大量針狀組織，可能發(fā)生馬氏體相變，從而影響材料的力學(xué)性能和疲勞強(qiáng)度。熱影響區(qū)則根據(jù)不同金屬的導(dǎo)熱性，熱擴(kuò)散能力也會(huì)存在差異，且大量文獻(xiàn)表明，熱影響區(qū)與基體區(qū)難以直觀區(qū)分形貌[16,24,25]。不同參數(shù)組合下，熱影響區(qū)的力學(xué)性能也會(huì)存在顯著的差異。本文中分別對(duì)三組優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行納米壓痕性能測(cè)試，目的是為探究在不同電火花線切割參數(shù)對(duì)重鑄層、熱影響區(qū)的硬度以及熱影響區(qū)厚度影響的變化規(guī)律。由于密排六方結(jié)構(gòu)的α相存在各向異性，不同取向的集束力學(xué)性能存在明顯差異，因此每組樣品的測(cè)試位置均選在各組的同一個(gè)集束中。不同層選取2~3個(gè)代表性載荷-位移曲線如圖7所示，硬度值與達(dá)到最大載荷的位移量以及卸載初期的曲線斜率有關(guān)，因此在卸載曲線斜率幾乎相近的情況下，通過(guò)觀察納米壓痕到最大載荷的位移量能直觀反應(yīng)硬度分布趨勢(shì)，最終各組的納米硬度結(jié)果見(jiàn)表7。

由于不同集束的力學(xué)性能也會(huì)存在顯著差異，因此本研究中以下分析著重分析處于同組基體、熱影響區(qū)和重鑄層的性能表現(xiàn)，根據(jù)同組硬度的差值大小，從側(cè)面得到重鑄層和熱影響區(qū)受功放管數(shù)影響的規(guī)律。據(jù)表7發(fā)現(xiàn)，三組重鑄層的硬度均高于熱影響區(qū)和基體硬度，這是因?yàn)殡姌O絲與工件之間的脈沖產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫后又在工作液的沖刷下，加工表面層的水淬效果導(dǎo)致發(fā)生無(wú)擴(kuò)散及剪切相變，β相轉(zhuǎn)變?yōu)?alpha;′馬氏體相，因此產(chǎn)生了極高的硬度。熱影響區(qū)的硬度受功放管數(shù)影響，由于受到局部回火作用，三組熱影響區(qū)硬度相較重鑄層更低，相較基體則呈先變高后變低趨勢(shì)。在切割過(guò)程中，熱影響區(qū)經(jīng)過(guò)高溫后在冷卻液的沖刷下迅速降溫，導(dǎo)致一定的硬化，但未能達(dá)到重鑄層的極高硬度。第11組熱影響區(qū)相較基體的硬度更低是因?yàn)楦哂捕刃枰�高冷卻速率，當(dāng)功放管數(shù)越大時(shí)熱影響區(qū)的溫度也更高，相應(yīng)地，冷卻時(shí)間也更長(zhǎng)，因此硬度更低[26]。相較基體而言，重鑄層和熱影響區(qū)的硬度值更離散，而基體則相對(duì)穩(wěn)定。根據(jù)硬度的變化程度和范圍，推測(cè)第8、10、11組的熱影響區(qū)厚度分別為~15μm、~18μm和~23μm。金屬的導(dǎo)熱性、熱擴(kuò)散行為及高溫下的冷卻速率都是使重鑄層、熱影響區(qū)硬度起伏強(qiáng)烈的原因。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果也可以得到第8組的重鑄層硬度顯著高于其他位置，一方面是受到不同功放管數(shù)的影響，另一方面則與選取的集束取向有關(guān)。三組重鑄層顯微形貌如圖8所示，第8組與第10、11組的重鑄層形貌有明顯差別。第10、11組均存在針狀組織，而第8組打點(diǎn)位置的形貌特征為存在大量尺度不一的孔洞，其中孔洞越小的區(qū)域硬度越高。

為進(jìn)一步理解重鑄層組織的成分分布對(duì)硬度的影響，對(duì)第8組的重鑄層進(jìn)行了能譜（EnergyDispersiveSpectrometer,EDS）表征，如圖9所示，重鑄層發(fā)生了C、O、Mo的富集，C和O分別來(lái)源于切割過(guò)程中電解液的在高溫下的分解和氧化，Mo來(lái)源于電極絲的切割殘留。分解后的C和O元素在加工表面可能形成TiC、TiO₂等化合物，提高了重鑄層的硬度[28]。

3、結(jié)論

通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、極差分析和參數(shù)優(yōu)化，得到同時(shí)兼顧電火花線切割加工表面質(zhì)量和加工效率的方案，通過(guò)納米壓痕儀研究電參數(shù)對(duì)切口處硬度的影響規(guī)律，結(jié)論如下：

（1）對(duì)于切割時(shí)間、切口平整度和重鑄層厚度三個(gè)指標(biāo)均表明脈沖寬度和功放管數(shù)是主要影響因素，脈沖間隙和運(yùn)絲速度為次要影響因素。通過(guò)極差分析得出，對(duì)于切割效率，功放管數(shù)的影響最大且遠(yuǎn)大于其余因素，運(yùn)絲速度的影響最��；對(duì)于切口平整度，功放管數(shù)的影響最大，運(yùn)絲速度的影響最�。粚�(duì)于重鑄層厚度，脈沖寬度的影響最大，脈沖間隙的影響最小。

（2）通過(guò)參數(shù)優(yōu)化后，得到一組L9(34)正交表之內(nèi)（第8組）和兩組正交表之外（第10、11組）的最優(yōu)方案，按照后者參數(shù)進(jìn)行切割后，將得到的三指標(biāo)與正交表之內(nèi)相似方案進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩組加工方式各有一個(gè)指標(biāo)在可接受的范圍內(nèi)稍有下降，但卻大幅改善了剩余兩項(xiàng)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了切割效率和切口表面質(zhì)量的最優(yōu)組合。其中第8組水平組合在三組最優(yōu)參數(shù)中具有最優(yōu)的切口平整度，第10組具有最短的切割時(shí)間，第11組則具有最小的重鑄層厚度，實(shí)驗(yàn)者可根據(jù)測(cè)試需求在正交表中選擇最佳的加工參數(shù)。

（3）相較基體和熱影響區(qū)，重鑄層硬度最大，約為基體的1.2~3.9倍；且重鑄層存在兩種形貌，分別具有細(xì)小孔洞特征和針狀特征，碳化物和氧化物的形成雖然提供了更高的硬度強(qiáng)化，但由于存在微孔、裂紋等缺陷，以及組織的不均勻性，對(duì)試件的后處理中應(yīng)將重鑄層去除。熱影響區(qū)雖然保留了與基體材料相似的微觀結(jié)構(gòu)，但硬度隨功放管數(shù)的增大呈先升高后降低趨勢(shì)，相較基體其硬度起伏同樣較大也應(yīng)將其去除。

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