铜剑非常软,而且容易变钝。后来,剑采用青铜制造。青铜是由铜和锡组成的合金。合金是由两种或多种基础金属或元素构成的混合物,可以形成另一种带有某种特性的金属。如果是青铜,铜和锡组合在一起后产生的新金属,特点如下:
比铜更结实
柔韧性比铜更好
剑刃保持锋利更久
随着铁的出现,一种更好的剑横空出世。在古代,铁矿石遍及世界各地。铁矿石含有氧化铁。为了从铁矿石中获取铁,需要去除氧,从而得到纯铁。最原始的炼铁装置叫熟铁精炼炉。
熟铁精炼炉使用木炭做燃料冶炼铁矿石,风箱或吹风装置向炉内吹入大量氧气。木炭从本质上讲就是纯炭。炭和氧结合在一起,形成二氧化碳和一氧化碳(在此过程中,释放出大量热)。炭和一氧化碳与铁矿石内的氧结合在一起后将其带走,炉内留下被称为坯料的多孔海绵块状物。然后,坯料再经过锻打,除去大部分杂质。锻打后的铁加工方便,但是铁剑很软,剑刃不能持久地保持锋利。
铁成为铸造剑和其他武器的金属材料,为各大帝国的建立立下了汗马功劳。铁制、铜制武器和工具对维持各个政权的稳定发挥了难以置信的作用。实际上,这个历史时期就称作铁器时代和青铜时代。
后来,人们发现了钢。钢是一种铁合金(铁素体),并含有微量炭(碳化铁),通常炭含量 0.2至1.5%。钢最初采用烧结表面硬化工艺炼制,将铁坯放入由高炭材料制成的容器内。再将容器放入炉内,长时间保持高温,时间从数小时到若干天不等。在此期间内,将发生炭转移,即铁将从容器中吸收一定量的炭。最后得到的铁和炭的混合物就是钢。
硬度高。钢比铁和青铜有如下几个优点:
经过合适的热处理后柔韧性好。
剑刃锋利保持长久。
可进行加工成形处理。
比铁更耐腐蚀和锈蚀。
在刀匠(制作刀剑和其他开刃工具的人)开始造剑之前,他必须有一个合适的环境和工具。和传统的铁匠铺很像。由于锻打过程中会产生烟尘,所以通风必须良好。应特别注意煅炉、铁砧和其他设备的位置,确保刀匠转移加热钢材的距离最小。今天制造的几乎所有的剑都采用某种钢合金材料。现在的大部分钢材中,同样含有一定量的其他元素。您将在后面了解更多种类的钢合金,但是,我们首先要谈一下造剑要使用的工具。
最近的几个世纪,刀匠使用的基本设备变化不大。对于大部分铁匠来说,最大的变化发生在锻造结束后的处理,现在一般刀剑大都使用电动工具打磨并抛光钢材(部分高档刀剑手工研磨)。
行业工具包括
铁砧——这是铁匠的象征,铁砧是最著名、最容易被发现的铁匠设备。标准的铁砧包括如下部分:
砧座——铁砧块、砧座的底部通常钻有安装孔,确保铁砧安装牢固。
砧面——对钢材进行整形加工的平面。铁砧的顶部经过回火处理,坚硬无比,而且十分平整。铁砧的边缘稍圆滑,以确保不会切削或损坏钢材。
砧垫——砧面和砧角间的小平面,砧垫用于打凿工作,这样不会损伤铁砧的表面。
砧角——铁砧的前端,是从砧垫的下方开始由锥形收缩为圆形的尖角。还称作尖嘴砧,砧角用于弯曲钢材。
方凿孔和圆凿孔——方凿孔是砧面上的方形槽,内置了一些下面要讲到的成形工具。圆凿孔是砧面上的圆形孔,向下通入铁砧,可以进行冲压、钻孔或扩孔。主要用于钢材冲孔和整形。
铁锤——铁锤是刀匠的左膀右臂。依靠铁锤,刀匠可以打造出剑的基本形状。刀匠和铁匠使用的铁锤和五金店卖的普通铁锤稍有不同。主要的区别在于铁匠锤是凸面锤,而大部分标准锤不是。凸面是指铁锤的头部有一定弧度,而不是平直的。刀匠用凸面铁锤打击钢材时,才不会在材料上留下锐利的痕迹。
(注意铁砧上坚硬的方凿孔和圆凿孔。)
铁锤尺寸变化很大,用途各不相同:
球面、横头和直锤头——铁锤有平头、弧面头,锤的另一边是圆形(球面)或楔形(横头和直头)。横头锤的侧面为楔形,而直头锤的楔面与铁锤平行。大部分的成形工作都需要使用尖顶锤。
大锤和单手锤——大锤个头大、重量沉,可高达9公斤。钢材大量整形时需要使用这两种锤,并且通常需要两个人共同操作。一个人用夹具将钢材放在铁砧上,另一人则挥动大锤锻打。单手锤比大锤小,可以一个人操作使用。
型锤和平锤——这两种工具都有大的平头。平锤的作用就是平整钢材。型锤用于捶打直角和平边。
火钳——火钳是个万能工具,没有它刀匠就无法工作。实际上,一般的锻冶场都有几把火钳。火钳的作用是,对钢材进行成形加工时,将钢材夹持放在铁砧上。将钢材放入煅炉或取出时,也需要使用火钳,以便于对钢材进行淬火。
整形工具——只用一把铁锤,刀匠很难完成钢材的各种加工操作。因此,刀匠会选用一些更专业的工具。
方凿孔(尖嘴、凹槽和铁模)——这些都是放在铁砧方凿孔内的工具。尖嘴是一种圆形部件,可用于弯曲钢件,像一个小犄角。凹槽则用于加工剑上的槽,这也是为什么剑的槽通常称作凹槽的原因。使用铁模,可以将钢材压成特定的形状,比如三角形、四方形或六边形。
凿子——和您想的一样,凿子用于切割或刨除钢材。
冲孔器和扩孔器——冲孔器用于在钢材上穿孔。扩孔器用于扩展现有的孔。铁砧上的圆凿孔为冲孔器或扩孔器提供穿过钢材的空间。
锻炉——上面提到的这个工具预热后可以对钢材进行整形加工。要加热钢材,就需要锻炉。煅炉的种类包括煤炉、气炉和电炉。大部分刀匠选用这三种炉子作为主煅炉。根据所用钢材的不同,以及刀匠的技术,加热时间和温度变化很大。
淬火槽——装满油的金属容器,钢材结束成形加工后,浸入淬火槽。淬火槽使用的油可以提高钢材的硬度。
冷却池——水池,大水桶或其他盛水容器,用于冷却钢材和工具。
附加工具——大部分刀匠都配有这里介绍的全部或部分工具。此外,一些通用工具,比如螺丝刀、锯、钳子和扳手也非常有用。
其他刀剑制作设计工具
锉刀——用于除去钢材粗糙的边缘和毛刺。
老虎钳——刀匠工作时,用它可以将工件夹在固定位置。
液压冲床——压平钢材,基本成形。
喷枪——用于切割钢材,基本成形。
砂轮——使用广泛,从基本成形到预抛光都会使用。
抛光轮——用于已完工刀身的抛光。
钻床——用于在钢材上打孔。
汤米·麦克纳布使用的液压冲床
工具安装就位后,刀匠需要决定要做什么以及使用哪一种钢材。
刀匠要采用什么钢合金造剑,主要取决于他们的经验以及希望剑获得的特性。所用合金基本上都是某种类型的炭钢,钢材必须含有一定量的炭才能具有足够的硬度,从而长时间地保持剑刃锋利。但是,炭含量如果过高,则会降低剑身的柔韧性,使其变脆,更容易断裂。
钢合金元素及作用
大部分钢合金包括如下一种或多种元素,每一种都会给钢材带来某种优点(同时,也具有一定的缺点)。下列各元素是最常见的,合金里也会有更多其他的元素。
铬——在不锈钢合金中使用,可增加硬度,但在煅造过程中可能会引起钢材的破碎。
钨——有利于保持剑刃长久的锋利,但是很难锻造。
锰——可以增加热处理过程中的强度。
钼——高温时保持钢的强度,但是如果含量过高,便会增加锻造难度。
镍——可以增加强度,但不能增加硬度,在不锈钢中以较高的浓度出现。
硅——提高钢材的灵活性和硬度,增加传导性。
在选择金属材料之前,刀匠应首先设计一个方案,并确定所制造刀剑最重要的特性是什么。比如,西洋剑的薄刃需要非常好的柔韧性,而阔剑则需要较大的硬度和强度。刀匠同样要决定采用什么方法造剑,不同的造剑法决定了使用何种材料,不锈钢合金的使用更是如此。因为不锈钢的正确锻造和回火相当困难,刀匠可以购买不锈钢条,经过打磨处理后,加工成需要的形状。在打磨过程中,通过切削和打磨去掉坯料上的多余部分,直到打磨出了您所希望的形状。制做定制的刀剑时,大部分刀匠都喜欢用锻造法,因为其灵活性较高。锻造刀剑就是将金属材料加热后,将其冲击锻打成相应的形状。
锻造剑可以只含有一种金属,也可以是几种金属的混合物。最简单、最普通的锻造剑只使用一种钢合金来制造剑身。有时候,钢材会雕刻或蚀刻上各种图案,从而产生更复杂花纹的焊接和大马士革剑身。百炼花纹钢则采用2种或两种以上不同炭含量的钢材折叠短打出不同天然清晰花纹.
花纹钢:中国古代将”炒钢”经重复折叠锻打变形而制成的钢材工艺,其特色是重复加热锻打渗碳,增加钢的硬度,多次重复锻打消除钢中掺杂物,减少残留掺杂物的尺寸,从而使其成分趋于均匀,组织趋于致密,细化晶粒,改良钢的性能.