為什么古代的刀匠大都在夜里給刀劍淬火?
說起古代中國的制刀工藝,十分值得推崇,制刀的故事更是流傳至今,而且對于制刀細節描述得也是生動形象,尤其是講到刀劍最后的熱處理,更是神秘萬分,必定有個感人的故事,不過多有雷同:
無非是有個天下無雙的刀匠,選了個伸手不見五指的月黑風高夜,干柴烈火,前推后鼓,噼噼啪啪,激戰大半夜,興致正酣……
沒錯,這個古代刀匠只在月黑風高夜里干的“勾當”就是淬火。
但古代刀匠干這事為什么只選在黑夜里進行呢?難道,有什么東西是我們在白天不能看到的?
事實確實是這樣。
今夜,我就在這里試著作個解釋,難免多有錯漏,請各位多加指正。
1、下面是一把完成的刀胚,在爐子里燒得通紅,一段時間后會略帶橙色,拿出,在黑暗中靜置;
2、由于刀尖較薄,從圖 1開始,就已經開始冷卻,顏色漸漸變暗。刀莖位置也是同理。不過比刀尖冷卻得慢點。刀背因為是最厚的,所以還是顏色光亮;
3、冷卻繼續進行,按理說,再有一點時間,全刀應該是冷卻成下圖的樣子 (注意,下面是圖8);
可事實卻不是這樣 ,刀尖在冷卻過程中,忽然出現了顏色略淺的亮斑(圖 3);
4、冷卻繼續,此時,刀莖和刀尾同樣也出現了亮斑,且刀兩頭異常的光斑不斷擴大,形成了一個大圈圈;
5、接著觀察,亮斑形成的圈開始變小,刀的外圍也變得更亮;
6、然后,圈圈越來越小,刀尖開始再次變暗,表明刀尖的冷卻過程重新繼續;
7、圈圈合攏,刀背形成一個暗黑的半圓,它的溫度低于周圍;
8、忽然,刀背上那個半圓暗黑區消失了,整個刀背變得光亮,同時,刀尖,刀莖和刀尾部分因為冷卻的關系,變成暗黑了;
冷卻依然延續,此時,已經再沒有新的亮斑生成了,刀胚慢慢變暗,逐漸消失在黑暗中;
上面這10張照片,每幀的間隔是5秒……在這短短不到一分鐘的時間里,我們見證了鋼材極其特殊的“再輝現象”。
圖 1,為剛出爐的碳鋼刀胚,其仍處于高溫,即純奧氏體狀態。
圖 2,由于刀尖、刀莖、刀尾較薄,所以其溫度下降得快,顏色迅速變暗。
圖 3,當溫度進一步下降時,刀尖、刀莖、刀尾位置首先達到了臨界溫度的上限,里面的奧氏體開始轉變成珠光體。這個過程會導致相變潛熱的釋放,從而導致這些部位回溫,出現亮斑。
圖 4 - 7,由于刀背比較厚,降溫較慢 (尚未達到臨界溫度),所以刀尖、刀尾部分的回溫亮斑對其產生了圍攻之勢,形成了半圈狀。
圖 8,當刀背也降到臨界溫度上限時,相變潛熱的釋放令整個刀背變得光亮。
圖 9 - 10,當刀背里余下的奧氏體的相變完成后,臨界溫度下限已經達到,刀胚以恒定幅度繼續冷卻,逐漸變暗,消失在黑夜中。
這種現象速度之快,加上白天可見光的干擾,導致鋼材表面顏色變化不明顯,所以,我們才不得不在黑暗中進行觀察。然后,通過其暗影的變化,由此來掌握淬火過程。
但是,經驗告訴我們,如果鋼材以很高的溫度來淬火,很容易產生淬裂;另一方面,淬火溫度如果太低,則不能達到機械性能的要求。所以,最佳的淬火溫度應該是略高于臨界溫度就可以了。
那我們如何才能獲得略高于鋼材臨界溫度的淬火溫度呢?
細心的刀友在看完10幅插圖的解釋之后,大概已經猜到方法。
其實鋼材的慢速加熱和慢速冷卻,其微觀結構的變化、熱量的吸收釋放、外表的顏色變化是一致的,只不過,加熱的過程是冷卻的反過程。
插圖中,慢速冷卻的刀胚經歷了鋼材臨界溫度的上限和下限,其變化在黑暗中清晰可見。換言之,只憑看刀胚表面的亮斑及暗影的變化和移動,我們可以迅速地知道鋼體是處在臨界溫度之上(圖 1,2),之中(圖 3 - 8),還是之下(圖 9 - 10)。
回到主題,古代的刀匠在白天鍛打好刀胚之后,會把刀胚先在空氣中慢慢冷卻(正火)或者塞進草木灰中退火,這其實是為了晚上的淬火作準備。
夜幕降臨之后,刀匠升爐,把爐火調整到不快不慢,然后把刀胚塞進燃燒的木碳中,緩緩加熱,然后細心觀察露出的刀尾、刀莖部分的顏色變化,這些部分隨著溫度的升高,顏色逐漸由暗紅色轉至紅色,鋼的亮度同時也逐漸增加……
忽然,當鋼體被加熱到了臨界溫度的下限,這時,一部分珠光體開始向奧氏體轉換,需要更多熱能,導致鋼體表面出現溫度的不均勻。所以,刀莖、刀尾部分就出現了一道不容易察覺的暗影。
由于刀體有厚薄長短,加熱時,暗影不斷移動著,然后,刀體達到了臨界溫度的上限,暗影就會消失,此時的鋼體已經帶著亮紅色,刀匠稍稍等了一下,將刀胚取出,然后放入冷水中淬火……大功告成!(后面當然還要回一下火。)
作者:爽爽開大車
來源:刀友論壇
(本平臺"常州精密鋼管博客網"的部分圖文來自網絡轉載,轉載目的在于傳遞更多技術信息。我們尊重原創,版權歸原作者所有,若未能找到作者和出處望請諒解,敬請聯系主編微信號:steel_tube,進行刪除或付稿費,多謝!)