大馬士革鋼鍛造原理
大馬士革鋼鍛造原理
2.滲碳過程:經過精煉和干燥的鐵礦石被放入小型的粘土坩堝中,坩堝尺寸根據炭火的熱量來確定。將含有炭的植物,如麻栗樹、木炭、毛竹以及某些具有神圣意義的植物葉子和果實,如Huginay和Tangada樹的果實,加入坩堝中,然后密封并用炭火加熱。加熱過程持續24至48小時,溫度從1000℃升至1200℃。在這個過程中,礦石轉變為多孔的海綿鐵,并在坩堝底部留下。同時,封閉的坩堝內部,燃燒的炭和植物葉子產生的碳元素逐漸熔入鐵質中。現代科學發現,毛竹中的氧化硅可以促進這一熔化過程,類似于催化劑。通過固體擴散過程,碳元素被吸收進鐵中,而鐵并未達到熔點。長時間加熱后,需要緩慢冷卻至800℃,約12至24小時。這樣的設計是為了使大量的樹狀碳化鐵晶體(滲碳體-Fe3C)在充滿小孔的海綿鐵內優化形成和均勻分布
導讀2.滲碳過程:經過精煉和干燥的鐵礦石被放入小型的粘土坩堝中,坩堝尺寸根據炭火的熱量來確定。將含有炭的植物,如麻栗樹、木炭、毛竹以及某些具有神圣意義的植物葉子和果實,如Huginay和Tangada樹的果實,加入坩堝中,然后密封并用炭火加熱。加熱過程持續24至48小時,溫度從1000℃升至1200℃。在這個過程中,礦石轉變為多孔的海綿鐵,并在坩堝底部留下。同時,封閉的坩堝內部,燃燒的炭和植物葉子產生的碳元素逐漸熔入鐵質中。現代科學發現,毛竹中的氧化硅可以促進這一熔化過程,類似于催化劑。通過固體擴散過程,碳元素被吸收進鐵中,而鐵并未達到熔點。長時間加熱后,需要緩慢冷卻至800℃,約12至24小時。這樣的設計是為了使大量的樹狀碳化鐵晶體(滲碳體-Fe3C)在充滿小孔的海綿鐵內優化形成和均勻分布
1. 精煉過程:人工挑選并磨碎礦石,通過淘洗法去除雜質,以分離出礦石中的鐵。這一過程類似于古代淘金者從其他物質中分離出黃金。現代的洗煤廠也使用類似的方法來篩選優質煤炭。波斯人及其他民族觀察到印度鐵匠的熔化過程,但由于缺乏豐富的鐵礦資源,無法采用相同的方法生產高質量鋼材。2. 滲碳過程:經過精煉和干燥的鐵礦石被放入小型的粘土坩堝中,坩堝尺寸根據炭火的熱量來確定。將含有炭的植物,如麻栗樹、木炭、毛竹以及某些具有神圣意義的植物葉子和果實,如Huginay和Tangada樹的果實,加入坩堝中,然后密封并用炭火加熱。加熱過程持續24至48小時,溫度從1000℃升至1200℃。在這個過程中,礦石轉變為多孔的海綿鐵,并在坩堝底部留下。同時,封閉的坩堝內部,燃燒的炭和植物葉子產生的碳元素逐漸熔入鐵質中。現代科學發現,毛竹中的氧化硅可以促進這一熔化過程,類似于催化劑。通過固體擴散過程,碳元素被吸收進鐵中,而鐵并未達到熔點。長時間加熱后,需要緩慢冷卻至800℃,約12至24小時。這樣的設計是為了使大量的樹狀碳化鐵晶體(滲碳體-Fe3C)在充滿小孔的海綿鐵內優化形成和均勻分布。這些大的晶體是大馬士革鋼花紋或水紋的主要成分。滲碳體非常堅硬且抗酸性強,拋光后的鋼表面呈現出帶白色的銀色。與之形成對比的珠光體由粘結金屬組成,經腐蝕后呈黑色,這是大馬士革鋼表面產生不同顏色花紋的原因。3. 脫碳過程:鋼錠冷卻后需要進行脫碳熱處理。從火中移開坩堝,打破后取出半球形(也有說法是圓餅形)的鋼錠。波斯人稱之為“蛋”。將其放在鐵砧上錘打以進行硬度測試。正常鑄造的鋼錠非常硬,即使錘打也不會留下凹痕,因此用含有鐵屑或粉末狀鐵礦石的黏土混合物覆蓋,重新加熱至約700℃至900℃,以強化鋼錠的脫碳。之后再次錘打進行硬度測試。這個過程會重復,直到金屬達到足夠的軟度以進行鍛造。通常認為,有控制的反復錘打可以使鋼錠的含碳量達到理想水平。日本刀的鍛造過程中,使用的是玉鋼,其中一個關鍵步驟是在刀身上覆蓋粘土混合物后,在火中加熱,使刀刃處受熱形成晶體,相對刀脊更堅硬鋒利,刀脊處保持相對刃部較軟,更有彈性。冷熱交替,熱脹冷縮使得刃部晶體收縮,變得更加堅硬,收縮的痕跡形成了日本刀上獨有的特殊刃紋。日本刀的話題有些偏題,回到大馬士革鋼,將鋼錠的溫度緩慢降低,并精確控制在700℃至900℃之間是一個非常重要的關鍵。當年的鐵匠只能依靠個人經驗,以火的顏色變為暗紅作為標準進行鍛造。因為溫度高于900℃時,滲碳體和奧氏體的晶體開始形成,碳元素開始熔解于鋼錠,不僅增加了硬度,還會造成晶體及波形花紋圖案的損失。但若溫度低于700℃,鋼就不能得到充分的鍛煉。因為歐洲的鐵匠一般在1300℃的高溫下鍛煉金屬,因此他們永遠沒能掌握鍛煉大馬士革鋼的技術。由于對鋼錠的控制熱處理和輕度的鍛煉,覆蓋的粘土以及含有鐵屑或粉末狀鐵礦石,都在使鋼錠表面脫碳,另外氧化作用也產生相同的效果。鋼錠的碳分逐漸減少,從原來的2.2%或更高降低至1.8%,即從白鑄鐵狀態到低碳鋼。這個過程被稱為退火、球狀處理。正是因為碳成分的減少及大的碳化晶體分裂或粉碎或球型化成了較少體積,結果鋼條變得有可展性和有韌性。4. 制造與花紋:有人認為,WOOTZ鋼的制造方法分為脫碳法和加碳法。我對此感到困惑,因為我上面描述的方法中本身就包含了這兩個環節。整個制備過程中的關鍵在于燒結鐵餅時的溫度控制和將鐵餅鍛造拉長時的最高溫度。還有成品的厚度和原來鐵餅的厚度比例也會決定將來的花紋是否明顯。現代人們曾經希望復制大馬士革鋼,坩鍋公司曾經借助現代科技,用電子顯微鏡分析了大馬士革鋼的分子結構,并成功復制出了大馬士革鋼,其鋼錠有和古鋼材類似的花紋,但在測試時發現并不能與古鋼材的性能相比。那么古代人是如何將鋼坯打制成刀劍的呢?據現存文獻與專家的分析,是先在鋼坯上鉆孔(鋼坯為圓餅狀),再斬斷一邊,最后將環狀的鋼坯成條后再打制成刀形。在所有的大馬士革刀劍中,最珍貴的是“默罕默德的天梯”——也就是傳說中的“梯子紋”!真正制成后的大馬士革鋼的花紋基本上是兩種性質不同的材料,亮的地方是純的雪明炭鐵,硬度比玻璃還大;暗的地方的結構屬于奧氏體和波氏體。整體含碳量大約在1.5%至2.0%之間。正是因為在韌性高的波來鐵中均勻分布著比玻璃還硬的雪明炭鐵,使得WOOTZ既具有非常鋒利的刀鋒,又擁有非常堅韌不會折斷的刀身。大約十年前BLADE雜志有一篇關于WOOTZ鋼的測試。其一是鋒利度的測試:在仔細研磨后的WOOTZ結晶花紋鋼能一刀切斷巨大打結的麻繩。其二是刀身韌性測試:將刃用夾具夾緊然后用大鐵錘敲打。結果費了很大力氣,WOOTZ刀刃被敲成U字型但是卻沒有折斷。測試的結果證明了WOOTZ結晶花紋鋼具有鋒利和強韌兩種特性于一身。技術的遺失:WOOTZ的制造費時費力,通常要花上兩三個月的時間,而燒結的鐵餅成功率又很低,最初會失傳主要有兩個原因。其一當時英國統治者為了保護當地僅剩的森林不使其沙漠化而禁止砍伐樹木;其二是近代工業制鋼的引進使WOOTZ在價格上無法競爭。辨別:WOOTZ的花紋是天然形成的,不像折疊鋼一樣是用人工硬將性質不同的材料焊接起來再折疊鍛打而成。更不可能是像某些作假高手那樣用王水腐蝕一下成就的外觀,出汗啊!因此WOOTZ鋼的花紋和折疊鋼有明顯的差別。WOOTZ花紋比較細致看起來比較自然黑白的對比也比較大。在黑色的刀刃上分布著亮晶晶的雪明炭鐵。古代波斯人把它形容成像夜空中的繁星一樣漂亮的花紋。此外WOOTZ比起折疊鋼來是很不容易生銹。
大馬士革鋼鍛造原理
2.滲碳過程:經過精煉和干燥的鐵礦石被放入小型的粘土坩堝中,坩堝尺寸根據炭火的熱量來確定。將含有炭的植物,如麻栗樹、木炭、毛竹以及某些具有神圣意義的植物葉子和果實,如Huginay和Tangada樹的果實,加入坩堝中,然后密封并用炭火加熱。加熱過程持續24至48小時,溫度從1000℃升至1200℃。在這個過程中,礦石轉變為多孔的海綿鐵,并在坩堝底部留下。同時,封閉的坩堝內部,燃燒的炭和植物葉子產生的碳元素逐漸熔入鐵質中。現代科學發現,毛竹中的氧化硅可以促進這一熔化過程,類似于催化劑。通過固體擴散過程,碳元素被吸收進鐵中,而鐵并未達到熔點。長時間加熱后,需要緩慢冷卻至800℃,約12至24小時。這樣的設計是為了使大量的樹狀碳化鐵晶體(滲碳體-Fe3C)在充滿小孔的海綿鐵內優化形成和均勻分布
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