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吕蕤冰

闲言碎语

 
 
 

日志

 
 

关于刀剑的一些参考材料  

2007-07-18 22:31:20|  分类: 剑匣藏经 |  标签: |举报 |字号 订阅

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 低碳钢

又称软钢,含碳量从0.10%至0.30%低碳钢易于接受各种加工如锻造,焊接和切削,常用于制造链条,铆钉,螺栓,轴等。

中碳钢

含碳量从0.30% 至0.60%,用以制造重压锻件,车轴,钢轨等。

高碳钢

常称工具钢,含碳量从0.60%至1.70%,可以淬硬和回火。锤,撬棍等由含碳量0.75%的钢制造; 切削工具如钻头,丝攻,铰刀等由含碳量0.90% 至1.00% 的钢制造。

合金钢

钢中加入其它金属如铬,镍,钨,钒等,使具有若干新的特性。 由于各种合金元素的掺入,合金钢可具有防锈,防腐蚀,耐热,耐磨,防震和抗疲乏等不同特性。

高速钢

含有各种成份,如钨,铬,钒,钴和钼等。高速钢制成的切削工具,可用高的速度求切削硬材料,并能承担强力的切削。高速钢切削工具在高的速度中仍能使刃口保持锋利,其它钢材则可能变钝。

 

炼钢过程及性质比较

热处理(Heat Treatment):是利用加热和冷却以改变金属物理性质的方法。 热处理能改善钢的显微结构,使达到所需的物理要求。韧性,硬度 和耐磨性是通过热处理而获得的特性中的几种。要获得这些特性,需使用热处理中的淬硬<又称淬火>,回火,退火和表面淬硬等操作。

淬硬(Hardening,又称淬火):是将金属均匀地加热至适当温度,然后迅速浸入水或油中急冷,或在空气中或冷冻区中冷却,使金属获得所需要的硬度。

回火:钢件淬硬后会变脆,同时由淬火急冷而引致的应力,可使钢件受到轻击而断裂。 要消除脆性,可用回火处理法。 回火就是将钢件重新加热至适当的温度或颜色,然后予以急冷。 回火虽然使钢的硬度略为减少,但可增加钢的韧性而降低其脆性。

退火:退火是消除钢件的内在应力和勒化钢件的方法。 退火法是将钢件加热至高于临界温度,然后放入干灰,石灰,石棉或封闭在炉内,令它慢慢冷却。

硬度(Hardness):是材料抵抗外物刺入的一种能力。试验钢铁硬度的最普通方法是用锉刀在工件边缘上锉擦,由其表面所呈现的擦痕深浅以判定其硬度的高低。 这种方法称为锉试法 这种方法不太科学。 用硬度试验器来试验极为准确,是现代试验硬度常用的方法。 最常用的试验法有洛氏硬度试验.洛氏硬度试验机利用钻石冲入金属的深度来测定金属的硬度,冲入深度愈大,硬度愈小。 钻石冲入金属的深度,可从指针指出正确的数字,该数字称为洛氏硬度数。

锻造:是用锤击使金属成为一定形状<成型> 的方法,当钢件加热达到锻造温度时,可以从事锻造,弯屈,抽拉,成型等操作。大多数钢材加热至鲜明樱红色时都很易锻造。

脆性:表示金属容易破裂的性质,铸铁的脆性大,甚至跌落地上亦会破裂。 脆性与硬度有密切关系,硬度高的材料通常脆性亦大。

延性:(又称柔软性) 是金属受外力永久变形而不碎裂的性质,延性的金属可抽拉成细线。

弹性:是金属受外力变形,当外力消除之后又恢复其原有形状的一种性质。 弹簧钢是极富弹性的一种材料。

硬度:是金属抵抗外物刺入或切削的一种能增加钢材硬度常用的方法是淬火。

展性:又称可锻性,是金属延性或柔软性的另一种表示法。 展性是金属接受锤锻或滚轧而变形时不致破裂的一种性质。

韧性:是金属抵受震动或冲击的能力。 韧性与脆性刚好相反。

 

刀具钢材特性

440-C : 美国制之优质不锈钢材,含铬量高达16-18%。 最初被应用于外科手术刀具及船舶业,耐蚀性及耐能力极优; 韧性强。 现更广泛应用于手制刀及优质厂制刀具。 含碳量约1%(440系分A,B,C,及F级; C级及F级含碳量最高,而A级刖刖较少)。 经熟处理后可达HRc58之硬度。

154CM : 美国制之优质不钢材,铬含量达15%,钼含量达15%,钼含量达4%; 故定名为154CM。 乃近代手制刀之一代宗师R.W.Loverless 率先所采用。 加工性极优,耐蚀性,刀锋耐损性及韧性皆强,但售价较高,故只见被应用于手制刀具。 含碳量约1.05%,经热处理后可达HRc60~61之硬度。

ATS-34 : 日本“日立金属工业”针对美制154CM 而开发之优质不锈钢,用料和成份与154CM相近,而各方面之性能皆达至154CM之标准,且犹有过之,但价格则较廉,被业内认定为最佳刀具钢材之一,现已成为手制及优质厂制刀具应用之主流。 经热处理后可达HRc60~61硬度。

AUS8(8A) : 日本 "爱知制钢" 所开发之优质不锈钢材,耐蚀性,刀锋耐损性及韧 性皆达优异水平,多被应用于日本制之优质刀具。 AUS 钢种分为10A (含碳量约1%),8A (含量0.8%) 及6A (含碳量约0.6%) 三种。 8A 经热处理后HRc58~59之硬度。

D2 : 金属机械加工用之耐磨工具钢材D2,属风硬钢 (Air-Hardening steel) ; 被广泛应用砍伐刀或猎刀次制作,含碳量高达1.5%,含铬量亦高达11.5%,经热处理后可达HRc60之硬度,但相对地廷展性(韧性)较弱,耐锈能力亦不甚佳,钢材表面亦难作镜面磨光处理。

Hi-Speed Tool Steel (高速工具钢): 高度加工制成成之工具钢材,含碳量高,而含铬量则低(约4%),故打磨钢材表面之光泽较暗,经热处理后可达HRc62之高硬度,但耐锈性能不甚佳。

Cowry X(RT-6): 日本大同特殊纲 (株) 于1993年开发之超级粉末系合金钢材,为近代日本冶金技术的新突破,现已被日本刀匠们应用于大型砍伐刀具,钢材含碳量高达3%,经热处理后可得HRc67之高硬度。

Cowry Y(CP-4): 日本大同特殊钢 (株) 于1993年开发之优质粉末系合金钢材,含碳量达1.2%,更罕有地混入金属元素 "钶" 达0.2%,经热处理后可达HRc63之高硬度,却仍保有极佳之延展性能。

A-2 : 金属加工用之高韧性耐磨工具钢材A-2,属风硬钢,含碳量颇高,约1%,经热处理后可达HRc57之硬度,铬含量约5%,经打磨后钢材表面光泽较暗,耐蚀性优,延展性(极强),刀锋之耐损性亦佳。

VG10 : 日本 “武生特制钢”之「V金10号」不锈钢材,乃「V金」,系钢材之最优级别,含碳量约1%,含钼1.2%及钴1.5%,经热处理后可达HRc60-62之硬度。 VG-10加工性优,韧性及耐蚀性皆强,多被应用于日制之优质刀具。

BG-42 : 极优质之不锈钢材,含碳量1.15%,含钒量则高达1.20%; 故钢材组织微粒细密,经热处理后可达HRc60-61之硬度,加工性优,耐蚀力极强,韧性亦佳。 BG-42最初被应用于航天工业,作为制造滑轮及机轴等之材料,因价格颇高,于制刀业则多被应用于刀匠之手制刀具。

SANDVIK : SANDVIK 公司是北欧制钢及五金工业之翘楚,120C不锈钢材乃SANDVIK 之优良钢种之一,含碳量约1%,含铬量约14%,经热处理后可达HRc56-58 之硬度,加工性优,北欧出产之名厂刀具多以SANDVIK 之钢材制作。

1095 : 高碳钢中最优质者莫过于1095,其含碳量达1.03%,经热处理后可达HRc58-60之硬度,韧性十分好,但不耐锈,多被应用于传统之欧洲式猎刀,大型砍伐刀及军用刀。 如二次大战时美国 "着明之 KA-BAR 军刀便是以1095作为刀身材料。

W-2 : 高碳工具钢材被命为W型者为水硬钢(Water-Hardening Steel),为工具钢中最廉价者。 W-2钢材(经热处理) 容易达至高硬度(HRc65),兼且容易局部硬化,兼且容易局部硬化,以使邻近各部位硬得可以耐磨,而又可以软得容易制造,加工性极优良,故用途广泛。 但W-2耐锈力很差,故钢材之表面多以涂层保护,以防锈蚀。

O-1 : 油硬级(Oil-Hardening types)之工具钢材最广泛被使用,而其中最佳者是O-1型,其高锰伴同铬与钨可增加硬化能,使钢材可不需剧烈之水淬 (代之以?和的油淬) 也能硬化至高硬度(HRc62)水平。 O-1钢之加工性佳,但韧性及耐锈力则较弱。 美国著名刀匠Randall便多以O-1工具钢作其刀身之材料。

ZDP-189 : 日本“日立金属工业”于1996年开发之粉末系新钢材,其研发目标与“大同特殊钢 (株) ”之Cowry X钢材一脉相承,优良加工性之超硬合金钢,ZDP-189含碳量达3%,含铬量亦高达20%,经热处理后可得HRc67之高硬度,加工性极优,金属组织微粒比ATS-34及440-C更均一细密,耐蚀性好,故“日立” 对外宣称ZDP-189乃“跨向21世纪之次世代刃物钢”。

GIN-1(G-2): 日本“日立金属工业”之「银纸一号」钢材,为「银纸」系钢材之最优级别,钢材特性与“爱知制钢”之8A相近,但硬度则比8A稍软(HRc57-58),价格较廉。

ATS055 : 日本“日立金属工业”继ATS-34后所开发之优质尸刃物钢材,为ATS-34之改良品种。 ATS-34含钼量约4%,故能耐极高温度,适应范围较广(可适用于制作机械零件,如机轴,滑轮,气舱阀等)。 ATS-55则减低了钼含量至0.6%,但亦加入了0.4%之钴。 此毕令钢材本身减低了耐热性却增加了硬度(更适用于制刀业)。 整整体而言,ATS-55性能稍逊于ATS-34,但比同厂之G-2较优。

CPM440V : CPM (Crucible Particle Metallurgy)粉末系钢材乃美国Crucible原料公司开发之新一代刃物钢,厂方曾声称CPM440V乃超级钢材(Super custom knife steel of the 90's)。 虽然CPM440V之含碳量比传统的440-C多出近一倍,经热处理后得出之硬度却只为HRc57-58,皆因受其它所含原素之影响(5%之钒,17%之铬)。 其真正杰出之处 在于保留刀锋之耐损性及延展性(度)这两方面,CPM440V之售价颇高,故多应用于手制(刀匠手作)刀具。

CPM420V: 美国Crucible原料公司于1996年再次研制出较CPM 440V更高一级之CPM钢材: CPM420V,它比CPM440V多出近一倍之钒及钼含量,故能保有更优越之刀锋耐损性及耐蚀性(比CPM440V优胜25-50%之多)。经热处理后可得之硬度则与CPM440V相等。 CPM420V之售价颇昂贵,比ATS-34高出一倍。

420J2: 420系钢材之碳含量低于0.35事无补,经热处理后所得之硬度只得HRc52-55,而耐损性等各方面之性能并不太出众。 因较容易切割及打磨,故适宜于用作大量生产之厂制刀具,420钢亦因碳含量低而耐锈力极,故亦是生产潜水刀具之理想钢材。

425m: 420系钢材之改良(Modified)品种,定名为425M,将含碳量提高至约0.55%,并加进1%之钼,经热处理后可违较理想之硬度(HRc58),却保留了420系钢材之优良加工性,故极宜应用于厂制刀具。 美国著名之BUCK及GERBER两大刀厂已于90年代选用425M作为其刀身材料。

 

合金成份浅析

碳: 一种化学非金属元素,是组成生物体细胞之必需成份,在工业及医药上用途极广。

硅: 一种褐色的粉未或晶体化学非金属元素,坚硬而有光泽,是制玻璃之重要原枓。

锰: 一种灰白的金属元素,可制合金,硬度极大,耐重刀强。

镍: 一种银白色而有光泽的金属元素,不长锈,可制硬币。

铬: 一种灰白色的金属元素,性硬度很高。

钼: 一种银白色的金属元素,质硬,熔度极高,可制合金。

钒: 一种金属元素,能增加钢的硬度和弹性,用途广。

磷: 一种化学非金属元素,可制火药。

硫: 一种淡黄免固体非金属元素,易燃。

铜: 一种赤色而有光泽的金属元素,富延展性,是热及电的优良导体,可制合金。

钨: 一种灰色而有光泽的金属元素,质极硬,可制合金。

钴: 一种灰色的金属元素,质坚硬而有磁性,可和别的金属制成较硬之合金,工业上用途广。

钶: 一种灰白似钢之金属元素,能增加不锈钢对腐蚀剂的抵抗力。

钛: 一种非常坚硬的银白色金属元素,可制成钛合金,质轻,耐蚀,加上电流及化学处理后,会产生不同颜色。

铭: 一种银白色的金属元素,质轻,不长锈。

铁: 一种灰白色而有光泽的金属元素,质坚硬富延展性,天然铁石初步镕铸后即成为铸铁(又叫生铁),再炼后则成熟铁。 最后精炼成钢铁,用途极广。

 

大马士革钢

真正的大马士革钢又称为结晶花纹钢,是一种古代粉末冶金和锻造技术完美的结合,在英美和欧洲大多数的地方被称为WOOTZ,而在其原产地印度巴基斯坦一直到波斯则称为FULAT,在俄罗斯的高加索地区被成为BULAT。WOOTZ的花纹是天然形成的,不像摺叠钢一样是用人工硬将性质不同的材料焊接起来再摺叠锻打。

以下是WOOTZ形成的原理和性质,请注意小心阅读并加以珍惜这难得的宝贵资料。 OK!

 1. WOOTZ 的花纹基本上是两种性质不同的材料,亮的地方是纯的雪明炭铁,硬度比玻璃还大,暗的地方的结构是属於沃斯田铁和波来铁,整体含炭量大约是在1.5~2.0 %之间。在韧性高的波来铁里均匀散布着比玻璃还硬的雪明炭铁,使得WOOTZ可以具有非常锋利的刀锋,而且也非常坚韧而不会折断的刀身。有人说日本刀不也是这样的吗?但是日本刀因为刃口处整个是脆而硬的,缺口和横向裂纹便会在所难免,但WOOTZ就没有这样的问题.。

2. WOOTZ的制造的费时费力,是超乎各位的想像。通常要花上两三个月的时间,而烧结的铁饼成功率又很低。当初会失传有两个原因,其一当时英国统治者为了保护当地仅剩的森林不使其沙漠化而禁止,其二是近代工业制钢的引进使WOOTZ在价格上无法竞争。WOOTZ钢的制造方法分两种一种是脱炭法,另一种是加炭法,不过最重点在於烧结铁饼时的温度控制和将铁饼锻造拉长时的最高温度,还有成品的厚度和原来铁饼的厚度比例也会决定将来的花纹明不明显。至於制造方法本人将不公开,就算公开了我想你们也做不出来。

3.WOOTZ钢的花纹和摺叠钢有明显的差别。WOOTZ花纹比较细致看起来比较自然,黑白的对比也比较大,在古代由於有在刃上喂毒的情形,很多WOOTZ的刀刃呈现黑色的现象,在黑色的刀刃上分布着亮晶晶的雪明炭铁。古代波斯人把它形容成像夜空中的繁星一样漂亮的花纹。此外WOOTZ比起摺叠钢来是很不容易生锈,几百年下来没有像日本刀一样的费心保养却也能光亮如新不生锈。本人所看到WOOTZ会生锈的部分通常是刃上有瑕疵的小点或裂缝或含炭不均的地方。

4. 至於WOOTZ性能到底好在哪里,大约十年前BLADE杂志有一篇关於WOOTZ钢的测试。

其一是锋利度的测试:在仔细研磨後的WOOTZ结晶花纹钢能一刀切断巨大打结的麻绳,其二是刀身的韧性测试:把刃用夹具夹紧然後拿大铁鎚来敲,结果费了很大的力气WOOTZ刀刃被敲成U字型但是却没有折断。测试的结果证明了WOOTZ结晶花纹钢具有锋利和强韧两种特性於一身。

对於WOOTZ结晶花纹钢本人的评价比日本武士刀的玉钢还要高。日本刀会贵一部份也是因为它的研磨。现在的刀匠也有几位据说也会制造WOOTZ结晶花纹钢,可是做出来的花纹却跟古董刀很不太一样,也就是说再也没有人能达到古代的水准了。

 

玉钢

玉钢是铁矿和炭混合後只加热到1200度左右,此时还原的铁无法完全融化成液态,而是半流动状态,冷却後像海绵一样成多孔状,海绵铁不是均质的铁块,含炭量从0.2到2.5左右。

把海绵铁敲成小块,再以目视依照其断面的光泽只挑出含炭在1~1.7左右且杂质较少者称之为玉钢。

把玉钢加热後打成薄片,淬冷水後再敲碎成小块,将这些小铁片用纸包好再裹上黄泥,入火锻链,让其结合成一块,再不断锻打反覆摺叠,如此可以将杂质去除且将铁块像揉面团一样揉成均质。这个过程重要的一点是可以将含炭1.5左右的铁块脱炭到0.8~0.9左右。

所以摺叠几次不是越多越好,而是到刚好的含炭量时就不能再摺叠下去,否则含炭量会太低。(有时是8次10次或是13,15次是为了控制成品适当的含炭量.全凭目测和经验.这是制刃最难的部分)。

 

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