铸剑工艺

08级产品设计专业材料工艺课程08级产品设计专业材料工艺课件刘玉杰53080036708级产品设计专业材料工艺课件剑，属于双刃短兵器，素有“百兵之君”之美称。剑最早出现在殷商以前。春秋战国时，斗剑、佩剑之风盛行，剑术理论也相应得到发展。汉朝，击剑更是朝野风行，不少人以剑术显名于天下。隋唐时，剑形十分精致华丽，给后世影响很大，故有“鼻剑”之称。08级产品设计专业材料工艺课件剑的起源与演变：青铜剑铁剑夹钢剑纯钢剑08级产品设计专业材料工艺课件秦剑全是铸造成型，然后进行锉磨。锉磨之后，采用抛光工艺，使剑身光亮平整，没有沙眼。经测试，光洁度高达九至十花。二千二百年前的加工技术能达到这麼高的水平，令人惊异。青铜剑的特点就是硬而脆,利切削而不利砍劈,从出土的实物中可以证明早期已有短的削刀,造型颇为原始,单刃曲背。青铜剑特点秦朝青铜剑08级产品设计专业材料工艺课件铁剑特点迄今为止可确认的最早的铁剑是公元前11世纪至公元前9世纪的洛雷斯坦铁剑。欧洲最早的铁剑出现在公元前8世纪。中国的铁剑也是在这个时期出现的。铁剑的特点是坚硬锋利，成本较低，适合造得更长。在欧洲出土的公元前8世纪的铁剑有的长达140公分。相对于青铜剑来说，铁剑无疑有其明显的优势。中国春秋嵌石金柄铁剑08级产品设计专业材料工艺课件夹钢剑特点夹钢剑坚韧锋利、斩铜如泥、刚柔并寓、能屈能伸、自然青光、威严逼人和纹饰巧致08级产品设计专业材料工艺课件纯钢剑虽然最为锋利，却太过松脆.这是由于钢本身比铁含碳量高，含碳量越高，塑性越低，越脆，但硬度却越大，所以说纯钢剑锋利硬度大但极易断。纯钢剑纯钢剑特点08级产品设计专业材料工艺课件1.低碳钢-又称软钢,含碳量从0.10％至0.30%低碳钢易於接受各种加工如锻造,焊接和切削,常用於制造链条,铆钉,螺栓,轴等。2.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。3.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。4.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。由於各种合金元素的掺入,合金钢可具有防,防腐蚀,耐热,耐磨,防震和抗疲乏等不同特性。5.高速钢-含有各种成份和份量,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,其他钢材则可能变钝。铸剑所用各种钢材的说明08级产品设计专业材料工艺课件铁碳相图上的合金，按成分可分为三类：⑴工业纯铁(0.0218%C)组织为单相铁素体。⑵钢(0.0218~2.11%C)高温组织为单相，易于变形，⑶白口铸铁(2.11~6.69%C)铸造性能好，硬而脆08级产品设计专业材料工艺课件锻剑的工序一、锤打：将铁块在炉中烧熔，经渗碳工艺制成剑坯，反复多次，其程度视所制剑质（硬剑、软剑或武术剑）而定。二、刨锉：用钢刀削锉，使剑身厚度适中，剑脊与剑刃之间呈一定坡度，剑脊须居剑身正中，并成一直线。三、磨光：将已锉之剑置于厝石上磨光。用金钢沙布裹铁尺均匀磨擦。先用粗沙布粗磨，后用细沙布细磨。磨光之工倍于锤打与刨锉。四、镶嵌：磨光后，在剑身上用钢针镂刻图案、剑名、店号及定制者嘱题之字，嵌上赤铜，经化工处理，使青光剑身上呈现金色，产生色彩对比，具有灵光宝气感。工匠镂刻图案，不用描图，只凭一支钢针在宽仅寸余的剑身两面运针自如，镂刻黄龙金凤，栩栩如生，奔腾欲飞；七星如北斗行天，光耀夺目，极具艺术构思。五、淬火：运用传统淬火之法，“强锻”后，使用特殊淬火剂作“柔化”处理，使剑身刚柔并寓，能屈能伸。属高精工艺，非一般匠工所能得心应手。六、钢磨：将已具弹性之剑，再用钢块磨砺；或用钢尺紧扎剑身，置于厝石上磨。龙泉北乡有座山，特产厝石，俗名“亮石”。剑经“亮石”磨后，不用镀镍，剑身青光照人。08级产品设计专业材料工艺课件宝剑剑体，从原料到成品，须经过打坯、热锻、铲、锉、镂花、嵌铜、磨光、装潢等多道工序。其中关键是锻炼。最难最艰苦最重要的一个工作环节锻打第一道工序普通锻打折叠锻打复合加钢08级产品设计专业材料工艺课件将铁砂矿融化铸成大小块炼铁，生铁软硬性能不一。炉火烧断反复捶打改变生铁固有的特性。铁砂矿块炼铁普通锻打首先锻打第一步是普通锻打,生铁含有杂质,在超过一千度高温时会发生开裂等情况.因此炉火必须保持在900度左右使生铁既不能开裂又能使其具有柔软的特性.块炼铁在炉火中烧红烧透后至于铁砧上捶打，力道要均匀附着饱满，每个面都要捶打使铁块得到充分挤压。通过挤压使生铁中杂质逐渐排除，使其性能发生本质的变化，最终使一块生铁变成一块可以锻剑的钢材这就是所谓的百炼成钢。08级产品设计专业材料工艺课件折叠捶打普通锻打结束后进入第二道工序折叠锻打。折叠是这道工序的重点，用横刀在需要折叠的位置横切，紧接着捶打折叠，然后再把折叠后的钢条至于炉火中烧锻使钢软化接着再继续捶打。使折叠好的部分完全密实粘连在一起，这个过程叫做焊。折叠过程通常要达到15次，折叠后的钢材层层叠叠最终可达到3万2千层之多，而这些层层叠压最终会在剑身表面形成一层奇异的花纹俗称钢花。从普通锻打到折叠锻打是锻剑最艰难最艰苦的阶段，所需挥锤达2万多次，时间达两个多月。没有经过折叠锻打的宝剑实际上只能称作铁片，普通锻打只是挤压铁中的杂质。而折叠锻打则是挤压钢的杂质，这一过程可以提高钢的纯度，使普通钢变成精钢，只有这样才能使钢达到无不坚硬的境界。08级产品设计专业材料工艺课件折叠锻打之后的工艺是复合加钢。这一工序是要用两块经过折叠锻打的钢材夹住一块柔性的钢材，然后至于炉火中，此时炉温必须达到1千3百度，只有这样的温度钢材才会粘合，最终通过锻打使三块特性不同的钢完全粘合为一体，外边两块无比坚硬的钢材包裹着内里柔软的钢芯，只有这样的宝剑在物理上才是最完美的，这就是刚柔相济。古称灌钢。复合加钢08级产品设计专业材料工艺课件08级产品设计专业材料工艺课件为了进一步提高钢的性能,根据古法以及研究在复合加钢的过程中还有一道工序叫渗碳所谓渗碳就是把一种特质的东西渗透到钢里.渗碳08级产品设计专业材料工艺课件延长.出剑形复合加钢后的工序是延长和出剑形，就是把粘合为一体的钢条捶打延长达到所需宝剑的长度然后在打出剑的形状，这一过程并不太难但很讲技巧，因为宝剑的长度的样式是有统一标准的，而手工敲打造型完全在于一人手劲的拿捏和心灵的感觉。08级产品设计专业材料工艺课件整形整形是接下来的工序，这道工序要使用相应的工具对剑身进行铲，削，挫，使剑的外观更接近其最终的形态，不过由于铲削挫会直接对剑身造成伤害，因此这一过程要求更加细致。08级产品设计专业材料工艺课件淬火是一道至关重要的工序，就是把剑至于750度到760度炉火中烧锻，然后将烧好的剑至于26度的水中使剑身瞬间冷却，通过这一工序使钢的表面变得异常坚硬，不过这种坚硬也是不可逆转的，如有失误会直接导致宝剑毁于一旦，因此这道工序对艺人掌握火候的能力要求非常高。淬火淬火工序看起来容易，但操作起来极难掌握得恰到好处，烧热的火候、冷却的程度、水质的优劣，都有很大关系。淬火淬得不够，则刀锋不硬，容易卷刃；淬火淬过头，刀锋会变脆，容易折断；淬火淬得合适，非有极其丰富的经验不可。08级产品设计专业材料工艺课件回火淬火之后进入下一道工序回火，回火是淬火之后最长采用的一道减轻脆性的工序，使炉火保持在300度左右即可，把淬火后的宝剑至于火中反复烧锻即可，不过时间不宜过长。08级产品设计专业材料工艺课件磨光磨光：将已锉之剑置于厝石上磨光。用金钢沙布裹铁尺均匀磨擦。先用粗沙布粗磨，后用细沙布细磨。磨光之工倍于锤打与刨锉。不同密度的磨石磨剑08级产品设计专业材料工艺课件钢磨：将已具弹性之剑，再用钢块磨砺；或用钢尺紧扎剑身，置于厝石上磨。龙泉北乡有座山，特产厝石，俗名“亮石”。剑经“亮石”磨后，不用镀镍，剑身青光照人。钢磨08级产品设计专业材料工艺课件人类最早的武器是从石器进化到青铜器时代，起初青铜器都是以铸造方式制造，因此中国人都把造剑称为铸剑，可是进入铁器时代以后，由于大多数钢的铸造组织脆性都很大，不适合承受冲击力，必须经过随后的锻造及热处理来改善其组织性能，而锻造不但可以使组织细致化，还可除去组织中的杂质，并使材料内部组织沿着拉伸方向呈纤维状分布，所以人类开始了锻冶钢铁的技术研究，金属铸造因为容易掺杂气泡与矿渣而影响强度，所以人类又发明了冶锻钢铁的技术，所有的钢铁兵器都是以锻造的方式为之，因此若以铸剑来称呼钢铁刀剑的制造方法，已经是错误的了。宝剑的硬度和韧性08级产品设计专业材料工艺课件即使时至今日，钢铁材质的刀剑仍然有一个先天上互为矛盾的问题难以克服，那就是硬度与韧性的两难，钢铁中所含的碳素，经过淬火（急冷）后，来不及扩散迁移，被强制地限制在铁原子的晶格之间，造成了原子晶格的畸变，破坏了平衡状态下碳的分布，当碳含量达到一定程度时，就产生了一种硬而脆的组织，材料学中称之为马氏体组织，随着碳量的增多，脆性增大，影响刀剑挥砍时的耐冲击度，若要保持钢材的韧性，却得牺牲它的硬度，如此一来，刀口将不够锋利，甚至会在劈到硬物后翻卷，这种硬度与韧性的两难，是古今中外所有刀匠一致面对的最大课题。武士刀断面结构，行话叫地肌包钢，就是把硬度高的钢把硬度低的铁包裹起来，取得硬度和韧性的最佳平衡。基于刀剑的物理特性，在使用中如果超出刀剑本身的受力极限，任何一把刀剑都会变弯曲或者折断，韧性好的会弯曲，硬度高的会断掉，两项权衡，韧性为上，也就是说，好刀要宁弯勿折，一把略弯的刀怎么也比一个刀把子强,而且就算在日本所谓的顶级珍品中，也根本没有一把不弯的刀。刀匠一致面对的最大课题•硬度指标：我们对所有涉及到的刀剑均做了硬度测试,此次测试的有:•1,夹钢(55.5度)涉及到的刀剑有夹钢,普通全钢烧刃,无地包钢等。•2,机折3枚(57度)涉及到的刀剑有机折3枚合中国剑和日本刀。•3,普通光复(57度)涉及刀剑;光复级的所有花纹刀剑。•4,四方锻(测试硬度62,但为保险起见回至60度为准)涉及刀剑;四方锻日本刀,本3枚日本刀,超级光复中国剑。08级产品设计专业材料工艺课件08级产品设计专业材料工艺课件硬度与韧性08级产品设计专业材料工艺课件这种精良之剑也就是我们今天所说的复合剑。战国时期，铜剑应用臻于极盛。在此背景下，铸剑术不断发展进步，出现了一些科学先进的工艺，取得了杰出的成就，其中尤以铸造复合剑的技术最为突出。所谓复合剑，是指剑脊和剑刃用不同成分配比的青铜合金分别浇铸的青铜剑。其剑脊采用含锡量较低的青铜合金，韧性强，不易断折；剑刃采用含锡量较高的青铜合金，硬度高，特别锋利。因而刚柔相济，是古代铜剑的精品。其铸造方法也与普通铜剑有别。普通剑之剑身系一次浇铸完毕，复合剑则是二次浇铸：先以专门的剑脊范浇铸剑脊，在剑脊两侧预留出嵌合的沟槽；再把铸成的剑脊置于另一范中浇铸剑刃，剑刃和剑脊相嵌合构成整剑。战国相剑术士曾说：白所以为坚也，黄所以为牣（韧）也，黄白杂则坚且牣，良剑也。古代铸剑之术08级产品设计专业材料工艺课件从冶金史研究者检测的一些复合剑实物得知，其剑脊的含铜量要高于一般铜剑，含锡量则低于一般铜剑；刃部的情况相反，含铜量低于一般铜剑，含锡量高于一般铜剑。如果单以脊部或刃部的材料制作整剑，势必过于柔软或过于刚脆，但以之分别制作剑脊和剑刃，就获得了超过一般铜剑的更为优秀的性能。这是创造性地运用青铜合金成分配比规律的高超工艺，体现了古代匠师对铜剑合金成分比例的控制达到了极高境界。复合剑的脊部含铜多，故呈黄色；刃部含锡多，故泛白色。剑脊和剑刃判然异色，正如相剑术士所言，所以有人称之为“两色剑”。又由于这种剑表面看起来，剑脊像是镶嵌上去的，故也有人称之为“铜镶剑”或“插心剑”，这些都不是科学的名称。08级产品设计专业材料工艺课件剑鉴赏必须朝向多角度与多层次的思考，而不能从单一角度着手，如单以锋利或锻纹来界定一把刃物的优劣是不够全面也不够科学。大体上应分为刃部及装具两大部分