微波表面处理工艺对低碳钢的参量优化：硬度提升92%与能耗降低50%的创新策略

本刊推荐：本研究采用微波混合加热（MHH）技术对AISI 1018低碳钢进行表面处理，通过田口实验设计（DOE）与方差分析（ANOVA）优化工艺参数。结果表明，敏化剂类型对表面硬度影响最为显著，处理后硬度提升92%（48±1.2 HRC），并形成表面马氏体与心部珠光体+铁素体的梯度结构。该技术可降低50%能耗并缩短70%处理时间，为钢铁表面工程提供创新方案。

　　

Highlight

采用创新的微波混合加热（Microwave Hybrid Heating, MHH）技术对低碳钢进行表面处理，通过参数优化实现表面硬度显著提升（92%增幅）与能耗大幅降低（50%）。

Material

本研究选用AISI 1018作为基材，该材料因其高机械加工性和广泛工程应用前景而被选中。其合金元素主要包括碳、铁、锰、磷、硫，成分比例通过光学发射光谱法（OES）测定。

PARAMETRIC OPTIMIZATION OF MICROWAVE SURFACE TREATMENT PROCESS

参数优化在工程学科中具有关键意义，能帮助识别最优解决方案并提升系统性能。本研究采用田口实验设计法（Taguchi Design of Experiments, DOE），因其简洁性、鲁棒性及对初步参数筛选的适用性而备受青睐。

RESULTS AND DISCUSSION

微波表面处理显著提升了AISI 1018钢样品的表面硬度，增幅达92%。处理诱导了表面微观结构转变，形成硬化层并改善表面耐磨性能。显微分析显示表面生成细小板条马氏体，心部保留珠光体+铁素体双相结构，成功实现"外硬内韧"的梯度性能匹配。

Conclusions

通过微波混合加热技术（MHH）对AISI 1018钢进行表面处理并结合室温水淬，主要获得以下结论：

(i) 该技术可有效实现最优硬度值；

(ii) 显微结构研究表明样品表层发生显著相变，形成梯度组织结构；

(iii) 敏化剂类型为最关键影响因素，处理时间与表面状态次之；

(iv) 验证试验结果与优化预测高度吻合；

(v) 该方法节能50%、缩短工时70%，具有显著工程应用价值。