汉代环首刀的国内首次研磨研究报告

剑易生

几个很有意思的现象的浅见：
》》在研磨了几道砥石后，我们发现环首刀的弹性有所下降，这种现象的出现是否表明着此环首刀是包钢复合工艺，也就是钢在外铁在内，表面钢铁削减所造成的呢？
———弹性下降的原因可可能是铁元素化学反应后流失，使材料分子结构产生缺陷，外加交互性运动施力的校正，破坏了原金属相对稳定的结构而产生。  而对于包钢猜想个人投发对票，包钢所包的钢通常为质软的精铁，而汉精鐡的来源，一为自然获得如殒铁和含碳量小于0.03%的鐡矿原石，二为锻打后脱杂脱碳的加工品。这两种都为难得稀贵材料，环首刀做为当时量产的兵器多不可能采用这样费力稀缺的材料；二环刀结构讲当时还是以刺击功能为主，韧性要求相对不是很高，如果锻打最后阶段采用横向包折方式，其形成的栋以足够满足当时韧性需要，没有必要采用包钢形式。同时从在其它一些资料研究的汉剑来看，中心断面碳化较表层严重的现象来看，其内部材质含碳应大于皮层材质，此现象与包钢目地方法明显有出入，以此类推本人认为此剑包钢观点可能不成立。
》》此刀有三段不同的硬度，刀尖向环手位置480毫米处为前段，480至600毫米处为中段，600至1000毫米处为后段。环首刀中段硬度最高—HRC58；前段的硬度次之—HRC55，后段部位的硬度最小—HRC50。这些是自然形成还是工艺所至呢？如果是特殊工艺，那又出于什么原因呢？
———这种现象与今天大多刀剑作坊出的现象相近，主要出在加温炉和加热方式上，当火量面积小于刀剑长度，抽拉加温时总是会出现温度差问题，温度高的淬火成马氏体，温度低点的成索氏体、托氏体之类硬度相差不等。
———这把环首刀始终没有出现烧刃，是因为技术？还是因为战火（火烧造成退火现象导致刃部淬火纹路消失）？还是因为本身烧刃幅度较窄，加上年代久远腐蚀严重，导致刃部残缺，烧刃尽失呢？
———烧刃技术从相关文献来看在汉时大概还没有出现,三国时的刀匠在淬方面才开始意识到介质对硬度的影响,到南北朝才有了双液淬火技术,在汉恐怕还没有发明烧刃技术才对!
———此环首刀刀尖锻打纹理不同于后期的明清刀剑，此刀刀尖前段纹理没有折回，成为切断式纹理，是否当时还没有产生折回的锻造技术？这与研磨师在2005年研磨的一把宋代削刀有所类似。
———个人看法,汉时钢铁冶炼还处在炒钢阶段,无法于后的宿钢法比.因炒钢的含碳和杂质较多在折打焊合中融合能力不足,如用折回方式可能会产生内折挤压层开现象,影响刀品质而没有采用此法做刀.另真正严谨的刀匠在折回方式上会采用热錾后反面折回方式煅打,这样刀纹顺畅品质好而不产生折回纹.

(以上均为个人看法,望版主指正)

刀匠

感谢剑易生兄弟的分析!
诸多问题还需要咱们大家不断分析，不断研究。不过就就我们研磨的一些实物来看，汉代已经有烧刃技术了，而且成熟。

剑易生

闫兄说的是！我可能是过于强调字眼了，汉代工匠从泥范到陶范在到铁件的铸锻不可能不会意识到水分对材料的影响，但就烧刃而言有无此概念可能需要商确！

坠入秦网

QUOTE:以下是引用玉兔在2009-4-23 16:34:37的发言：
好好学习.慢慢弄懂<img src="http://www.dixinzhai.com/bbs/Skins/default/topicface/face5.gif"/>
兄所言极是！

fallingstarc

好长的刀啊

fallingstarc

很详细的资料 谢谢老师

观察哨

漫漫看，慢慢端详

lqyungang

精彩,学习..

pp1030

精彩，学习，向刀匠先生致敬，敬佩先生科学详实严谨的态度。

另致剑易生兄：
您所谓的烧刃实际是指覆土烧刃这样的局部热处理技术吧，淬火前不都是要是将金属均匀地加热至适当温度吗，这个就是烧刃了，覆土烧刃实际是为了保持刃体背脊部的韧度与弹性，使刃体达到刃硬身软，刚柔相济的效果，而使用的局部烧刃局部淬火的技术。
我国在1974年山东苍山东汉墓葬所出土的一批环首刀中曾经做过取样检测。样刀通长115厘米，系以炒钢为原料反复折叠锻打而成。刀背有错金铭文“永初六年五月丙午造卅（三十）炼大刀吉祥宜子孙”永初为东汉安帝年号，说明此刀系作于公元112年。检验表明：此刀通体含碳量均匀，约为0.7%，刀身由均匀细致的珠光体钢与微量铁素体组成，刀刃为马氏体钢，说明曾经过局部淬火处理，技术成熟。并且经过了回火处理。
紧接着4年后1978年江苏徐州铜山县驼龙山汉墓所出一把钢剑，通长109厘米，剑茎上有错金铭文“建初二年蜀郡西工官王愔造五十炼□□□钢剑□”字样。建初为东汉章帝年号，说明此剑系作于公元77年。检验表明也是以炒钢为原料反复折叠锻打所造，中间刃钢部位含碳量较高约为0.7%-0.8%两边剑身部位含碳量较低约0.4%-0.5%这种中间高碳钢被两边中碳钢所夹的组合方式疑为夹钢锻造技术的雏形。剑身部位依然是均匀细致的珠光体钢和少量铁素体，而剑刃部位则是马氏体钢。说明此剑也经过了类似覆土烧刃的局部淬火处理技术，而且非常成熟。并且同样经过了回火处理。
这两样刀剑的检测结果说明了我国至迟在东汉初期就已经掌握了技术高度成熟的局部烧刃局部淬火的热处理技术。

其实这两个例子在前面刀匠先生列的资料文献里也有，只是截取的比较简略罢了。剑易生兄如果想了解的更多更详细，可以找一些关于我国古代金属冶炼技术炼钢技术和兵器发展史的书来看。由于出土较早（70年代）的缘故，这两样刀剑的资料一般都会被各书的作者引用，此外还有很多其它的资料，都说明我们今天所用的传统火工锻打技术和传统热处理手段基本上在汉代就已经完全成型了。

小刀匠

是的，日刀剑锻造技术是基于我们汉唐刀剑的技法研究发展而来的。
想到这点我就很心痛，我们祖宗的好东西却让他人给“继承”了，难受。

剑易生

谢谢PP1030兄资料：
不过对覆土烧的历史起源问题至今没有考据（些许是我见识不足的原因），对次我一直很是怀疑，就汉浦元西汉中晚期炒钢的冶炼技术应用而言，材料采用如铁料参合法和锻折延展技术而言，解决均化问题应该说远远不够，即使近代工业采用沸态和静态双结合的方式解决这一问题也很难，这就面临测试时硬度不同问题，同时加热匀化问题也是导致硬度不同的主要原因，所以不能单拿硬度来推测热处理问题。第二，就东汉浦元双液淬火或和綦毋怀文所记述的资料来看，当时双液淬火以是刀剑最先进的热出工艺法了，覆土烧技术在工艺本身而言其合理性要大于双液法，所以如果汉出现覆土工艺而没得到推广我是不太认同的。另淬火还有淬透层问题，而淬透层的厚薄软因有和研磨力度有关，我们很难说表面硬度不会因研磨度的大小而改变，所以不要太相信硬度和材料现象对工艺的引导性认识！工艺就是工艺，即便是相同材料淬火时入水出水速度不同产生的硬度和微化表象也是不同，只在基本工艺和材料的双重认识及历史合理性发展下我们的推测才可能接近原本真实！

剑易生

对刀匠兄关于汉剑研磨中出现的几个问题的补充：

——环首刀始终没有出现烧刃：汉造刀剑多不采用（工艺问题和资源问题，采矿冶炼多为一处所至)多材料合锻的可能性不大,也就是说夹钢和多元素材料复合折煅条件不太具备.相同材料金属表面淬火应激条件相同,收缩性也大致相同，所以淬火线就很难看的出来，所以不能说没有烧刃或采用淬火技术。

——关于研磨不易锈问题：在这里个人看法一下，原因从金属老化角度看可能是因为刀剑表面铁元素流失化后富碳层的产生。在钢铁中碳或石墨元素是稳态元素流失困难，而铁元素为亚稳状态，所以这种事应该可能存在。钢铁碳元素提高，质地表面碳密度加大抗锈能力就会大大加强。在古法刀剑铸造中有蘸寒水之说，指的不是我们现在说的淬火，而是深井饮直的做法，寒水多类似盐水和矿物质水，目地在很大程度上多有加速材料表面脱鐡富碳化的功效，这样做防锈能力会大大增强了！ 从对古刀的剑感受中，锈腐后的刀剑经研磨后多好像比新宝剑锋利，其原因也许可能就存在于这种富碳层的产生。也不知我的认识是否有道理，希望刀匠兄能一起交流一下！

刀匠

QUOTE:
以下是引用 剑易生 在2009-6-16 2:16:48的发言：
对刀匠兄关于汉剑研磨中出现的几个问题的补充：

——环首刀始终没有出现烧刃：汉造刀剑多不采用（工艺问题和资源问题，采矿冶炼多为一处所至)多材料合锻的可能性不大,也就是说夹钢和多元素材料复合折煅条件不太具备.相同材料金属表面淬火应激条件相同,收缩性也大致相同，所以淬火线就很难看的出来，所以不能说没有烧刃或采用淬火技术。

——关于研磨不易锈问题：在这里个人看法一下，原因从金属老化角度看可能是因为刀剑表面铁元素流失化后富碳层的产生。在钢铁中碳或石墨元素是稳态元素流失困难，而铁元素为亚稳状态，所以这种事应该可能存在。钢铁碳元素提高，质地表面碳密度加大抗锈能力就会大大加强。在古法刀剑铸造中有蘸寒水之说，指的不是我们现在说的淬火，而是深井饮直的做法，寒水多类似盐水和矿物质水，目地在很大程度上多有加速材料表面脱鐡富碳化的功效，这样做防锈能力会大大增强了！从对古刀的剑感受中，锈腐后的刀剑经研磨后多好像比新宝剑锋利，其原因也许可能就存在于这种富碳层的产生。也不知我的认识是否有道理，希望刀匠兄能一起交流一下！
这把刀没有做更多的科学分析不敢妄断。
至于锈蚀的刀剑研磨出来要比新作刀剑研磨出来更加锋利一说，就个人经验来说并没有体现出来。

半江湖人

牛贴，好好学习

凤翼天翔

拜读了.又显我天国神威.