加工工艺简介 铸剑工艺

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硬度与韧性
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古代铸剑之术
也白 ，所 黄以 白为 杂坚 则也 坚， 且黄 牣所 ，以 良为 剑牣 也（ 。韧 ）
战 国 相 剑 术 士 曾 说 ：
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。
中国春秋嵌石金柄铁剑
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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
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纯钢剑特点
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少， 含碳量少，脆性小，硬度大，所 以说纯钢剑锋利硬度大但极易断。
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级 产 品 设 计 专 业 材 料 工 艺 课 程
刘 玉 杰 530800367
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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。
锻 剑 的 工 序
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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
普通锻打
第 一 锻 道打 工 序
折叠锻打
复合加钢
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普通锻打
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。
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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。
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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。
08级产品设计专业材料工艺课件 刀匠一致面对的最大课题
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。
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• 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。
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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 宝剑的硬度和韧性
纯钢剑
08级产品设计专业材料工艺课件 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。
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复合加钢
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。
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钢磨
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。
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铸剑所用各种钢材的说明
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。
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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。
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磨光
不同密度的磨石
磨剑
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。
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剑的起源与演变：
青铜剑 铁剑 夹钢剑 纯钢剑
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青铜剑特点
秦朝青铜剑
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。
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渗碳
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.
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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。
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wenku.baidu.com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。
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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。
铁砂矿 块炼铁
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。
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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。
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淬火
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。