科学探秘古代真有削铁如泥的宝剑吗

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贺俊杰/文

古代确实存在着削铁如泥的宝剑的,为什么会是这样呢?这要从钢铁金属的淬火机理来说起:

淬火的原理是改变钢铁金属内部铁元素的存在形态。

一般情况下分为三个步骤

一,退火:

退火能够改变钢的组织结构,从而获得我们所要求的性能。

1,加热时的组织转变,其转变过程是在铁素体与渗碳体分界面处优先形成奥氏体晶核,并不断长大,直到珠光体全部消失,奥氏体也就转变完毕;

2,冷却时的组织转变,由于退火的冷却速度很缓慢,奥氏体转变产物与Fe-Fe3C的组织相同,因而共析钢为珠光体。亚共析钢为珠光体加铁素体。过共析钢为珠光体加渗碳体.。

二,淬火

是将钢加热到临界温度以上,保温一段时间,然后快速冷却下来,进行淬硬工件的热处理方法,其实质是通过加热使钢组织结构中的铁素体和珠光体充分转变为成分均匀的奥氏体,然后急冷下来得到硬度很高的马氏体.。

三,回火

回火是紧接于淬火之后的热处理工序,淬火钢在不同的温度下回火,所得的组织不同,因而其机械性能差别很大,总的趋势是:随着回火温度升高,其强度、硬度降低,而塑性、韧性提高。

淬火钢中的马氏体和残余奥氏体都是不稳定的组织,加热就会发生转变。随着温度升高,碳原子逐渐以渗碳体的形式析出,引起组织转变。最后渗碳体聚合而分散在铁素体基体上,形成各种回火组织。

“淬火效应”来源于金属加工过程中的一个现象。

金属工件加热到一定温度后,浸入冷却剂中,经过冷却处理后工件的性能更好、更稳定。

淬火一般使用的是冷水、软水、高盐水、氢氧化钠溶液、矿物金属油等。

冷水是最剧烈的淬火冷却介质之一。但是,水的淬冷烈度变化范围很大。蒸馏水(软水)相对于非蒸馏水或硬水(可能包含不定量的硬金属盐)而言,其膜沸腾行为会大幅增加。硬水中存在的硬金属盐会吸附到钢的表面上,成为气泡形核点,从而促进气泡的形成和核沸腾,从而减少了膜沸腾阶段的持续时间。

硬水里含有钙和镁的碳酸盐和碳酸氢盐,还有一些其他多价金属盐。蒸馏水和硬水冷却性能的区别非常大,硬水的冷却速度明显高于蒸馏水。淬火水温和搅拌对水冷却速度的影响也是不可忽视的。

钢的含碳量是选择淬火冷却介质的决定性因素之一,特别是因为随着含碳量的增加,开裂倾向也随之增加。所以常用经验以水、盐水和氢氧化钠溶液淬火建议的含碳量限值,应该使用于强烈淬火工艺。

等温淬火是将钢件冷却到稍高于Ms温度然后保温足够长的时间,使奥氏体转变成贝氏体。由于等温淬火可能要为在这种相对较高温度下使用而专门配制矿物油,所以通常用熔融盐。分级淬火和等温淬火的优点是可以不使用回火。

同样的钢在不同的淬火后钢件变化成为各异,比如变硬的钢件同时会变脆。淬火的目的:①、提高金属成材或零件的机械性能。例如:提高工具、轴承等的硬度和耐磨性,提高弹簧的弹性极限,提高轴类零件的综合机械性能等。②、改善某些特殊钢的材料性能或化学性能。如提高不锈钢的耐蚀性,增加磁钢的永磁性等。

在古代,从事铁匠工作的人们,经过长期的磨砺和试验,总结出了很多淬火的方法,能够将宝剑铸造的削铁如泥这是存在的,不是什么神话之说。




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