[科普中国]-刀具夹钢

刀是切、割、削、砍、铡用的工具；用于劈或刺得兵器。工具刀类型很多，有铡刀、菜刀、砍刀等，用途不同，形状各异，锻制相同点是，均系夹钢。夹钢的目的是，易磨，磨后锋利耐用。

简介刀，切、割、削、砍、铡用的工具；用于劈或刺得兵器。此只记述工具类刀具的制造，兵器刀不述。工具刀类型很多，有铡刀、菜刀、砍刀等，用途不同，形状各异，锻制相同点是，均系夹钢。夹钢的目的是，易磨，磨后锋利耐用。

因菜刀等家常用刀至今仍在使用，故本文以介绍已经脱离生产领域的铡刀为主。铡刀，是农家饲养牲畜铡草用的工具。(如图)刀身长3尺左右，刀刃呈弧形，最宽处4.5寸左右，刀背厚约4分。顶端有孔，用铡钉与铡床相连；尾端有桍，装柄用以提压。铡床为木制长方体，比刀身长8寸左右，高宽均5寸～6寸，上开宽5分左右的沟槽，大体与刀身同，两侧镶钉铁板，钉高出铁板2分～3分，以防饲草受力时外滑。刀床右侧（按摁刀人方位言）开坡面口，与沟槽相通，以出草屑。

冀东俗语说：“寸草铡三刀，没料也上膘。”即饲草铡得细，易消化，利于牲畜长膘。铡刀之所以制成长刀身，是科学地利用了杠杆原理。铡钉是支点，刀下的饲草到铡钉为重臂，饲草到安在桍中的铡柄为力臂。力臂长于重臂，而且刚用力时草靠近铡钉力臂远远大于重臂，铡草省力。初中物理杠杆部分就举了铡刀的例子。

铡刀夹钢的区别铡刀只在刃口夹钢，久用久磨会把夹钢部分用尽而不锋利，需重新夹钢，俗称钢铡刀。钢(gàng)，把刀的锋刃在布、皮、石或缸沿上用力更迭翻转摩擦使锋刃快利。刀斧之类用钝后，再回火夹钢。钢铡刀属于后者。在盆碗打破尚锔的时代，铡刀作为农家大件工具，用钝更不废弃，而是送到烘炉回火夹钢。钢铡刀是将刀身入炉煅烧，然后用铡刀铡下剩余钢板及其连接部。再入炉煅烧，依次劈槽、夹钢、淬火，使铡刀锋利。

回炉使工具锋利不只钢铡刀，还有钢冻镐、钢镩等。冻镐大体有尖头、扁头和一头尖一头刃3种，前两种镐身接鑻安柄；后者有銎装柄，也称十字镐。冻镐用于刨冻土、冻粪和石渣等。镩为有尖带桍，桍装木柁，柁左右相对安握柄，用于镩冰窟，打冻土等。二者均非夹钢，而是锻打成形后淬火，用钝后需回火将其已经磨损圆滑的尖或刃捶打锐利，重新淬火。1

古代刀具夹钢工艺铡刀是传统烘炉打制的长而大得工具，铁坯多为锻接。为减少氧化，有的在接头处涂上黄泥煅烧，烧到一定火候，迅速除去黄泥锻接。铁板接到够长度时，分段煅烧，锤打至背厚刃略薄，两面平整。刀头一端抹角突出，以备冲孔；刀尾一端锤打出长1寸左右的凸起，以备接桍。

刀身入烘炉煅烧，用剁子（钢凿）从刃一侧顺向劈出凹槽。因刀身长，一般分前后两段两次煅烧开槽。槽开好后，刀身和宽1寸左右的钢板条同时入炉煅烧。煅烧过程中，刀身和钢板均需前后移动，使之受热均匀。二者煅烧到橙黄色，刀身放于砧上，钢板夹入凹槽，前后移动，迅速捶打，使刀身夹住钢板。再入炉分段煅烧，将刀身两面与夹钢锻接牢固，捶打平滑，钢板形成薄刃。另煅烧铁坯，捶打成厚1分左右的扇形，扇外缘折边2分左右敲实成一体，在砧子圆锥棍上卷成台形圆筒。锻烧刀尾部分和圆筒，将圆筒套入刀尾凸起，锻接在一起，同时把桍卷边部分锻接牢固。再锻烧刀头部分，置于砧上，用冲子冲出直径5分左右的圆孔。再入烘炉，前后移动煅烧刀身，尤其使刃部受热均匀，然后浸入淡盐水淬火。

劈柴斧头、菜刀等双面刃工具，也属夹钢类，虽打制方法有别，但夹钢方法相同。

刀具夹钢的热处理第一种完全退火：温度880-900度，时间1-2小时，冷却介质炉；

不完全退火：温度730-790度，时 间2-6小时，冷却介质空气 ；

淬 火：温度1010-1050度，时间：电炉加热0.3--2mm10分，2.1--5mm15分，5.1--10mm20分.盐浴加热0.3--2mm2分，2.1--5mm4分5.1--10mm6分，冷却介质油 ；

回火：温度200-250度，时间1-2小时，冷却介质空气 。

为防止表面脱碳，一般应在带保护气氛的电炉加热，最好是真空炉。淬火回火后需要进行机加工的允许在盐浴中加热。（推荐最好用电炉加热）此种工艺比较简单，热处理厂都能进行。

第二种此种工艺为比较精密的得加工方法了。用于量具厂加工量规，千分尺一类的精密量具，同样适合刀具加工了。流程为：清洗，淬火，回火，清洗，矫直，稳定化处理。

淬火（真空炉）：清洗工件后送入1050-1060度的炉中，保温40分钟（真空度13.33-1.33Pa）。通氮冷却。

回火：在电炉中加热到200-250度，保温4小时。

稳定化处理：在电炉中加热到180-200度，保温4小时。

第三种此种工艺是在第二种的基础上加低温深冷处理。就是在淬火后在通氮冷却到室温后，立即将工件放入冷处理炉中，缓慢通入液氮，缓慢冷却到-196度。这样的目的是让工件尽可能多的转换为马氏体结晶，一提高工件的韧性和使用寿命，工业中的冷冲模具经深冷寿命提高3-4倍。此种工艺也是国外刀具制造的神秘的“深冷处理”。当然，经深冷的刀具硬度和韧性都很优异。要找到有条件的热处理厂很重要了，一般要专业的热处理厂和量具刃具厂才有这样的工艺设备。另外，深冷处理要逐步降温和回升，并且要尽快回火。可以用干冰来代替液氮，当然效果也会差些。2

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刀具夹钢常用材料性能M42钢材是高钴韧性高速钢，主要用于高韧性精密耐磨五金冷冲模，也可用于切割工具及刀中冷却。钢材硬度高，可达70HRC，热硬性好，高温硬度高，容易磨削。用该钢制造的切削工具，可以切削铁基高温合金、铸造高温合金、钛合金和超高强度钢等，但韧性稍差，淬火时温度应采用下限。由于可磨削性能好，所以可用来制造各种高精度复杂刀具。

高红热硬度，高耐磨耗性与切削能力，高冲击韧性。晶粒细致均匀，韧性高。碳化物颗粒细、硬度高，耐磨性好。

高速钢一般不做抗拉强度检验，而以金相、硬度检验为主。钨系和钼系高速钢经正确的热处理后，洛氏硬度能达到63以上，钴系高速钢在65以上。钢材的酸浸低倍组织不得有肉眼可见的缩孔 、翻皮。中心疏松，一般疏松应小于1级。金相检验的内容主要包括脱碳层、显微组织和碳化物不均匀度3个项目。高速钢不应有明显的脱碳。显微组织不得有鱼骨状共晶莱氏体存在。高速钢中碳化物不均匀度对质量影响最大，目前冶金和机械部门对碳化物不均匀度的级别 十分重视。根据钢的不同用途可对碳化物不均匀度提出不同的级别要求，通常情况下应小于3级。用高速钢制造切削工具，除因其具有高硬度、高耐磨性和足够的韧性之外，还有一个重要因素是具有红硬性。红硬性是指刀具在高速切削时，刀刃在红热状态下抵抗软化的能力。一种衡量红硬性的方法是先把钢加热至580～650℃，保温1小时，然后冷却，这样反复4次后测量其硬度值。 高速钢的淬火温度一般均接近钢的熔点，如钨系高速钢为1210～1240℃，高钼系高速钢为1180～1210℃。淬火后一般需在 540～560℃之间回火3次。提高淬火温度可以增加钢的红硬性。为了提高高速钢刀具的使用寿命，可对其表面进行强化处理，如低温氰化、氮化、硫氮共渗等。1

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何星 - 副教授 - 上海交通大学