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刀劍制造揭秘

 org360 2011-05-18

(鳴謝:
  感謝唐·福格刀具的唐·福格、國際刀劍論壇主編艾德里安·庫和北卡羅萊納刀匠協(xié)會主席湯米·麥克納布。)

  僅僅提及“劍”這個字就會讓我們想起某些傳奇人物:英國騎士、羅馬角斗士、日本忍者或維京武士。在我們的想象中,他們的形象高大魁偉,長劍發(fā)出耀眼的光芒,在空中滑過眩目的弧線劈刺下來。事實上,只有劍才讓我們?nèi)绱税V迷,它常常被視為一種美麗的藝術品。然而,很多劍都是由技術精煉的工匠經(jīng)過辛苦的勞動而打造的。

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  日本武士刀

  價格范圍反映出刀劍的品質不同。例如,在美國,您可以找到各種類型的刀劍,從區(qū)區(qū)50美元的廉價機加工仿制品,到價值高達35000美元的手工打造藝術品!
  基本來說,劍就是一端帶柄(劍柄)的開刃的片狀金屬,長度通常在61厘米至122厘米之間。另一端通常由錐形收縮為一個點。通過閱讀本版文章,您可以了解關于劍的知識,以及如何使用現(xiàn)代制造法造劍,步驟如下:

  .選擇設計方案
  .選擇坯料
  .劍身的鑄造和成形
  .鋼材的正火和退火
  .劍刃加工
  .鋼材回火
  .安裝護手、劍柄和柄頭
  本文包括現(xiàn)代造劍術的基本內(nèi)容。此外,歷史上還有很多其他的造劍術,不同時代、不同地區(qū)刀匠的作品差別也很大。例如,日本刀的制作工藝和歐洲劍的制造差別就很大。接下來,本文將帶您一探刀劍制造行業(yè)的迷人世界。

  首先,我們來了解一下劍的組成部分。

劍的組成部分

  一把劍的主要組成部分包括:

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  主要有四個基本部分:
  .劍身——形成劍的長度。劍身一般包括六個區(qū)域:
  .劍刃——劍身的開刃部分。劍可以是單刃也可以是雙刃。比如,日本武士刀就是單刃,而蘇格蘭雙刃大劍則是劍身兩側開刃。
  .劍尖——劍身距離劍柄最遠的末端。大部分劍的前部都是向劍尖錐形收縮為一個點,但是有些劍則從劍身直線延伸到劍的頂部。有些劍,比如美國內(nèi)戰(zhàn)時期的刺刀,則沿刀身打制成曲線。
  .劍背——劍身上劍刃對面的部分。當然,雙刃劍沒有劍背。
  .劍面——劍身的兩側。
  .凹槽——通常稱作血槽或邊槽,凹槽是一條貫穿差不多整個劍身的窄槽。很多人相信,血液可以通過血槽流出,減少了收縮作用,這樣可以輕易拔出劍。與通俗的說法相反,實際上,凹槽并不是供血液流過的通道。凹槽的作用是減輕劍的重量,同時還不會降低劍的強度。刀匠在劍身上設置凹槽,可以減少材料使用。劍輕,且對劍的結構完整性沒有太大的損害。這與建造摩天大廈時使用I型梁的道理類似。
  .卡榫——在一些刀劍的基部, 卡榫是護手前部未開刃的劍身部分??ㄩ疽话阌迷谥貏ι?,必要時,另一只手可以握住這個部分。
  .劍舌——被劍柄包覆的劍身部分。全劍舌的寬度和劍身的剩余部分相同,并向下延伸通過劍柄和柄頭。部分劍舌不會全部貫穿劍柄,寬度通常不會超過劍身的一半。各種劍的劍舌長度和寬度,特別是在其收縮進入柄頭的地方區(qū)別很大。劍柄里面的劍舌的厚度和寬度決定了劍的握持情況。
  .護手——防止對手的劍沿著您的劍身滑下砍傷您的手的金屬部件。日本刀的護手也可以防止手滑到刀身,很多歐洲劍的護手在進行近距離格斗時,還可以對抗盾牌。同樣,歐洲劍上的十字護手還可以幫助控制劍尖和劍身。護手的形式可以采用十字型,也可以做成全包覆的籃型,將整個手封閉起來。
  .劍柄——劍的把手,劍柄通常使用皮革、線繩或木材制作。劍柄固定在劍舌上,這樣可以舒適地持劍。
  .柄頭——劍的末端,劍柄就扣合在柄頭上。通常,柄頭比劍柄大一些,防止劍從手中滑出,還可以為劍身提供一定的配重。柄頭可以牢牢地將劍柄固定在劍舌上,有時候柄頭也可以從同樣長度的鋼鑄造出來,作為劍身的一部分。
  劍的用途很廣泛,既有只作為工具的,也有只作為儀式用途的。很多劍的護手、劍柄和柄頭裝飾豪華,是劍獨一無二的精華之處。

刀劍部分歷史

  開刃武器的使用可以追溯到有歷史記錄的年代。實際上,最早由原始人使用的工具就是開刃的石片。
  刀劍在每個重要的文明中都發(fā)揮了關鍵作用。甚至在當今的現(xiàn)代社會中,在大部分重要的國家儀式和軍隊儀式中依然可以看到劍的身影,劍的實用性也不可小覷。想想美國海軍陸戰(zhàn)隊舉行的儀式以及他們?nèi)绾螌⒛抗饧性陉憫?zhàn)隊刺刀上。在英格蘭女王舉行的授銜儀式上,她要用一把劍接觸被授銜人的肩膀。
  人們所知最早的劍的材料是銅,這是最常見的金屬之一。銅劍非常軟,而且容易變鈍。后來,劍采用青銅制造。青銅是由銅和錫組成的合金。合金是由兩種或多種基礎金屬或元素構成的混合物,可以形成另一種帶有某種特性的金屬。如果是青銅,銅和錫組合在一起后產(chǎn)生的新金屬,特點如下:
  .比銅更結實
  .柔韌性比銅更好
  .劍刃保持鋒利更久
  隨著鐵的出現(xiàn),一種更好的劍橫空出世。在古代,鐵礦石遍及世界各地。鐵礦石含有氧化鐵。為了從鐵礦石中獲取鐵,需要去除氧,從而得到純鐵。最原始的煉鐵裝置叫熟鐵精煉爐。

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  制刀大師唐·福格親手打造的美輪美奐的劍

  隨著鐵的出現(xiàn),一種更好的劍橫空出世。在古代,鐵礦石遍及世界各地。鐵礦石含有氧化鐵。為了從鐵礦石中獲取鐵,需要去除氧,從而得到純鐵。最原始的煉鐵裝置叫熟鐵精煉爐。
  熟鐵精煉爐使用木炭做燃料冶煉鐵礦石,風箱或吹風裝置向爐內(nèi)吹入大量氧氣。木炭從本質上講就是純炭。 炭和氧結合在一起,形成二氧化碳和一氧化碳(在此過程中,釋放出大量熱)。炭和一氧化碳與鐵礦石內(nèi)的氧結合在一起后將其帶走,爐內(nèi)留下被稱為坯料的多孔海綿塊狀物。然后,坯料再經(jīng)過鍛打,除去大部分雜質。鍛打后的鐵加工方便,但是鐵劍很軟,劍刃不能持久地保持鋒利。
  鐵成為鑄造劍和其他武器的金屬材料,為各大帝國的建立立下了汗馬功勞。鐵制、銅制武器和工具對維持各個政權的穩(wěn)定發(fā)揮了難以置信的作用。實際上,這個歷史時期就稱作鐵器時代和青銅時代。
  后來,人們發(fā)現(xiàn)了鋼。鋼是一種鐵合金(鐵素體),并含有微量炭(碳化鐵),通常炭含量 0.2至1.5%。鋼最初采用燒結表面硬化工藝煉制,將鐵坯放入由高炭材料制成的容器內(nèi)。再將容器放入爐內(nèi),長時間保持高溫,時間從數(shù)小時到若干天不等。在此期間內(nèi),將發(fā)生炭轉移,即鐵將從容器中吸收一定量的炭。最后得到的鐵和炭的混合物就是鋼。

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  唐·福格在他的煅爐旁工作

  鋼比鐵和青銅有如下幾個優(yōu)點:
  .硬度高。
  .經(jīng)過合適的熱處理后柔韌性好。
  .劍刃鋒利保持長久。
  .可進行加工成形處理。
  .比鐵更耐腐蝕和銹蝕。

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  一把靈感源自歷史的凱爾特劍

  今天制造的幾乎所有的劍都采用某種鋼合金材料。現(xiàn)在的大部分鋼材中,同樣含有一定量的其他元素。您將在后面了解更多種類的鋼合金,但是,我們首先要談一下造劍要使用的工具。

鍛冶場

  在刀匠(制作刀劍和其他開刃工具的人)開始造劍之前,他必須有一個合適的環(huán)境和工具。刀匠的工作間稱作鍛冶場,和傳統(tǒng)的鐵匠鋪很像。由于鍛打過程中會產(chǎn)生煙塵,所以鍛冶場通風必須良好。應特別注意煅爐、鐵砧和其他設備的位置,確保刀匠轉移加熱鋼材的距離最小。
  最近的幾個世紀,刀匠使用的基本設備變化不大。對于大部分鐵匠來說,最大的變化發(fā)生在鍛造結束后的處理,現(xiàn)在人們都使用電動工具打磨并拋光鋼材。行業(yè)工具包括:

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  注意鐵砧上堅硬的方鑿孔和圓鑿孔。

  .鐵砧——這是鐵匠的象征,鐵砧是最著名、最容易被發(fā)現(xiàn)的鐵匠設備。標準的鐵砧包括如下部分:
  .砧座——鐵砧塊、砧座的底部通常鉆有安裝孔,確保鐵砧安裝牢固。
  .砧面——對鋼材進行整形加工的平面。鐵砧的頂部經(jīng)過回火處理,堅硬無比,而且十分平整。鐵砧的邊緣稍圓滑,以確保不會切削或損壞鋼材。
  .砧墊——砧面和砧角間的小平面,砧墊用于打鑿工作,這樣不會損傷鐵砧的表面。
  .砧角——鐵砧的前端,是從砧墊的下方開始由錐形收縮為圓形的尖角。還稱作尖嘴砧,砧角用于彎曲鋼材。
  .方鑿孔和圓鑿孔——方鑿孔是砧面上的方形槽,內(nèi)置了一些下面要講到的成形工具。圓鑿孔是砧面上的圓形孔,向下通入鐵砧,可以進行沖壓、鉆孔或擴孔。主要用于鋼材沖孔和整形。
  .鐵錘——鐵錘是刀匠的左膀右臂。依靠鐵錘,刀匠可以打造出劍的基本形狀。刀匠和鐵匠使用的鐵錘和五金店賣的普通鐵錘稍有不同。主要的區(qū)別在于鐵匠錘是凸面錘,而大部分標準錘不是。凸面是指鐵錘的頭部有一定弧度,而不是平直的。刀匠用凸面鐵錘打擊鋼材時,才不會在材料上留下銳利的痕跡。
  鐵錘尺寸變化很大,用途各不相同:
  .球面、橫頭和直錘頭——鐵錘有平頭、弧面頭,錘的另一邊是圓形(球面)或楔形(橫頭和直頭)。橫頭錘的側面為楔形,而直頭錘的楔面與鐵錘平行。大部分的成形工作都需要使用尖頂錘。
  .大錘和單手錘——大錘個頭大、重量沉,可高達9公斤。鋼材大量整形時需要使用這兩種錘,并且通常需要兩個人共同操作。一個人用夾具將鋼材放在鐵砧上,另一人則揮動大錘鍛打。單手錘比大錘小,可以一個人操作使用。
  型錘和平錘——這兩種工具都有大的平頭。平錘的作用就是平整鋼材。型錘用于捶打直角和平邊。
  .火鉗——火鉗是個萬能工具,沒有它刀匠就無法工作。實際上,一般的鍛冶場都有幾把火鉗。火鉗的作用是,對鋼材進行成形加工時,將鋼材夾持放在鐵砧上。將鋼材放入煅爐或取出時,也需要使用火鉗,以便于對鋼材進行淬火。
  .整形工具——只用一把鐵錘,刀匠很難完成鋼材的各種加工操作。因此,刀匠會選用一些更專業(yè)的工具。
  方鑿孔(尖嘴、凹槽和鐵模)——這些都是放在鐵砧方鑿孔內(nèi)的工具。尖嘴是一種圓形部件,可用于彎曲鋼件,像一個小犄角。凹槽則用于加工劍上的槽,這也是為什么劍的槽通常稱作凹槽的原因。使用鐵模,可以將鋼材壓成特定的形狀,比如三角形、四方形或六邊形。
  .鑿子——和您想的一樣,鑿子用于切割或刨除鋼材。
  沖孔器和擴孔器——沖孔器用于在鋼材上穿孔。擴孔器用于擴展現(xiàn)有的孔。鐵砧上的圓鑿孔為沖孔器或擴孔器提供穿過鋼材的空間。
  .鍛爐——上面提到的這個工具預熱后可以對鋼材進行整形加工。要加熱鋼材,就需要鍛爐。煅爐的種類包括煤爐、氣爐和電爐。大部分刀匠選用這三種爐子作為主煅爐。根據(jù)所用鋼材的不同,以及刀匠的技術,加熱時間和溫度變化很大。
  .淬火槽——裝滿油的金屬容器,鋼材結束成形加工后,浸入淬火槽。淬火槽使用的油可以提高鋼材的硬度。
  .冷卻池——大水桶或其他盛水容器,用于冷卻鋼材和工具。
  .附加工具——大部分刀匠的工作間內(nèi)都配有這里介紹的全部或部分工具。此外,一些通用工具,比如螺絲刀、鋸、鉗子和扳手也非常有用。
  .銼刀——用于除去鋼材粗糙的邊緣和毛刺。
  .老虎鉗——刀匠工作時,用它可以將工件夾在固定位置。
  .液壓沖床——壓平鋼材,基本成形。
  .噴槍——用于切割鋼材,基本成形。
  .砂輪——使用廣泛,從基本成形到預拋光都會使用。
  .拋光輪——用于已完工刀身的拋光。
  .鉆床——用于在鋼材上打孔。

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  湯米·麥克納布使用的液壓沖床

  工具安裝就位后,刀匠需要決定要做什么以及使用哪一種鋼材。

劍的不同特性

  刀匠要采用什么鋼合金造劍,主要取決于他們的經(jīng)驗以及希望劍獲得的特性。所用合金基本上都是某種類型的炭鋼,鋼材必須含有一定量的炭才能具有足夠的硬度,從而長時間地保持劍刃鋒利。但是,炭含量如果過高,則會降低劍身的柔韌性,使其變脆,更容易斷裂。
  《完美刀匠》的作者吉姆·赫瑞索拉斯推薦使用炭含量為60至70個點的鋼材。在鋼材中,炭含量以點列出,每個點等于全部成分的0.01%。因此,70點等級是指鋼材的含炭量為0.7%。唐·福格實際使用1086號鋼(炭含量為 0.86%),制造的刀具性能優(yōu)良。但是,等級越高并不總代表鋼材的性能越好。鋼材經(jīng)過精心的熱處理后,就可以得到彈性好、強度高的好劍身。

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  造劍用鋼材的炭等級為60至70點。

  大部分鋼合金包括如下一種或多種元素,每一種都會給鋼材帶來某種優(yōu)點(同時,也具有一定的缺點)。下列各元素是最常見的,合金里也會有更多其他的元素。

  .鉻——在不銹鋼合金中使用,可增加硬度,但在煅造過程中可能會引起鋼材的破碎。
  .鎢——有利于保持劍刃長久的鋒利,但是很難鍛造。
  .錳——可以增加熱處理過程中的強度。
  .鉬——高溫時保持鋼的強度,但是如果含量過高,便會增加鍛造難度。
  .鎳——可以增加強度,但不能增加硬度,在不銹鋼中以較高的濃度出現(xiàn)。
  .硅——提高鋼材的靈活性和硬度,增加傳導性。

  在選擇金屬材料之前,刀匠應首先設計一個方案,并確定所制造刀劍最重要的特性是什么。比如,西洋劍的薄刃需要非常好的柔韌性,而闊劍則需要較大的硬度和強度。刀匠同樣要決定采用什么方法造劍,不同的造劍法決定了使用何種材料,不銹鋼合金的使用更是如此。因為不銹鋼的正確鍛造和回火相當困難,刀匠可以購買不銹鋼條,經(jīng)過打磨處理后,加工成需要的形狀。在打磨過程中,通過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狀。制做定制的刀劍時,大部分刀匠都喜歡用鍛造法,因為其靈活性較高。鍛造刀劍就是將金屬材料加熱后,將其沖擊鍛打成相應的形狀。

  鍛造劍可以只含有一種金屬,也可以是幾種金屬的混合物。最簡單、最普通的鍛造劍只使用一種鋼合金來制造劍身。有時候,鋼材會雕刻或蝕刻上各種圖案,從而產(chǎn)生更復雜花紋的焊接和大馬士革劍身。

  花紋焊接也可稱作層鋼,或者花紋焊接大馬士革鋼(如下圖所示),這種鋼材在鍛造過程中將兩種或多種金屬結合在一起。一般來說,是多層鋼合金與一種較軟金屬(比如鎳)的許多層結合而成的。在各層之間反復折疊鍛打無數(shù)次,這樣可以進一步去除金屬中的雜質。反復折疊鍛打也會成倍增加層數(shù)。如果刀匠開始用三層鎳加上四層鋼折疊鍛打,經(jīng)過一次折疊鍛打后,變成14層,再經(jīng)過一次折疊鍛打,將變成18層,第三次則變成56層!

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  由刀劍大師唐·福格親手打造的花紋焊接大馬士革刀

  隨著折疊鍛打的繼續(xù),軟金屬與多層鋼焊接或粘合在一起,最后成為了一個整體。較軟的金屬層增加了劍的柔韌性,同時又不會降低切削刃需要的鋼的硬度。當劍身完成后,需要進行一次酸洗,這樣可以顯示出不同金屬之間的對比效果。不同金屬產(chǎn)生的各種花紋,為劍身增加了奇幻無比的美,而且這些花紋非常精細。
 

大馬士革鋼

  這種工藝據(jù)信已經(jīng)失傳很多世紀,真正的大馬士革鋼常常被混淆為花紋焊接鋼。實際上,很多造劍人和賣劍人都會把花紋焊接鋼當作大馬士革鋼。

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  一把大馬士革刀身上的羽狀花紋細節(jié)

  J·D·維爾霍文、A·H·彭德雷和W·E·道克施于1998年9月在《冶金雜志》上發(fā)表了一篇關于大馬士革鋼的文章,對造劍業(yè)產(chǎn)生了天翻地覆的影響。他們認為真正的大馬士革鋼是烏茲鋼。烏茲鋼是一種產(chǎn)自印度的鋼,炭含量很高。對其進行鍛造時,一些炭會分離成帶狀。經(jīng)過拋光和蝕刻后,這些帶狀炭顏色會非常淺,而鋼的顏色變得非常暗。這樣就形成了對比鮮明的花紋。隨著刀匠們了解了如何加工烏茲鋼,他們發(fā)現(xiàn),改變刀身與帶狀炭和鋼的角度,可以將花紋鍛打的更加精細。
 

刀劍鍛造過程

  刀匠的煅爐基本上就是個超級熱的大烤爐。傳統(tǒng)的刀匠喜歡使用炭煅爐,但是也有很多刀匠喜歡使用氣爐或是電爐。無論使用什么類型的煅爐,希望達到的結果都是一樣的:將鋼材加熱到合適的溫度,便于鍛打出劍的形狀。

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  唐·福格在他的煅爐旁工作

  在649℃-816℃下,鋼材會變得火紅,982℃時會變成橘紅色。大部分鋼合金應在這個溫度范圍內(nèi)進行加工。如果鋼的溫度變冷,則會呈現(xiàn)出藍色,此時捶擊就會被擊碎。與此相反,如果合金說明沒有特別的規(guī)定,則鋼材不能加熱到982℃以上。
  鋼材加熱后,第一步叫做拉拔。拉拔鋼條,可以增加長度,并減少厚度。也就是將鋼材打平,加工成基本的劍形。沿一條邊捶擊鋼材,刀匠可以將鋼材的長度逐漸彎曲,打造成一把彎劍。

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  唐·福格的一名學徒正在拉拔鋼材

  下一步,刀匠開始制作劍身的錐度。錐化用于制作出劍身的劍尖和劍舌,以一定的角度捶打鋼材就可以完成錐化。首先從開始變細的地方開始連續(xù)捶打到劍身的末端。錐化過程中常常引起劍身厚度的增加,此時需要拉拔劍身。劍舌完成后,刀匠一般會使用一個絲錐板牙套件,在劍舌的末端加工出螺紋用于安裝柄頭。
  然后,刀匠會繼續(xù)加工劍身的某個部分。刀匠將劍身的一部分加熱(一般加熱刀身的15.24至20.32厘米),直到這部分變紅,然后用鐵錘和其他工具進行成形加工。在捶打過程中,要反復輕彈劍身,確保劍身的兩側加工均勻。
  在鍛造過程的某個時刻,刀匠通常會對鋼材進行正火。簡單的說,就是將鋼材放回煅爐中重新加熱升溫。然后刀匠不做任何處理,任其逐漸冷卻。正火的目的是?;摬模ňw化結構)。事實上,刀匠每次加熱劍身的一部分,鍛打后,不僅改變了鋼材的形狀,還改變了鋼材顆粒。鋼材加熱到一定溫度后,會發(fā)生奧氏體化(鐵原子和炭原子開始混合)。將鋼材從煅爐中取出,然后自然冷卻。這樣可以減少由于劍身成分的不規(guī)則而引起的應力,并確保整個劍身顆粒的一致。
  最后,在打磨和拋光階段,刀身還要進行退火處理。退火看上去和正火類似,但是效果卻相差萬里。鋼材加熱到合適的溫度后,開始奧氏體化。然后,鋼材慢慢冷卻下來。通常,鋼材用絕緣材料包裹,確保鋼材不會快速冷卻。
  退火的過程從幾個小時到一天不等。退火的目的是讓鋼材變軟,便于打磨和切削。退火完成后,刀匠開始打磨劍身。

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  刀劍大師唐·福格的一名學徒在銼劍身


劍刃
 
  劍身退火后,刀匠可以雕刻圖案并加工劍刃和劍尖。使用帶砂輪是最常用的加工劍刃的方法,但某些刀匠喜歡使用銼刀。
  由于鋼材變軟,此時要用刀刃切削任何東西,刀刃都會受損。鋼材必須加熱,進行硬化處理。然后,刀匠將劍身加熱到奧氏體化的溫度。整個過程,劍身應均勻加熱。雖然很多刀匠使用煅爐進行這個過程,但是也有些刀匠使用鹽浴法。
  這種方法是,將鹽加熱到合適的溫度后,將刀身懸浮在鹽浴中,保持一定的時間。鹽浴使用熔化溫度比鋼熔化的溫度低的鹽,但是超過這個溫度后,鹽將仍然保持液態(tài),這樣就為刀身提供了極佳的“熱浴”條件。就像一壺燒開的水,鹽均勻徹底地加熱鋼材。

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  唐·福格使用的鹽浴

  劍身從煅爐或鹽浴中取出后,必須馬上放入淬火槽。淬火槽內(nèi)的油使鋼材快速均勻地冷卻。如果由于某些原因,鋼材不能均勻冷卻,劍身會出現(xiàn)彎曲,甚至會碎裂。劍身放在油中的時間不能過長,也不能過短。任何一種錯誤都會毀掉整個劍身。根據(jù)鋼材的不同,以及淬火槽內(nèi)的油或其他硬化媒介以及劍身厚度的不同,劍身淬火的時間有一些通用的原則。大部分刀匠都說,主要是將經(jīng)驗和直覺結合起來,以確定淬火的時間。淬火將滲碳體包圍在鐵素體內(nèi),并制造出一種非常硬的鋼,叫做馬氏體。
  現(xiàn)在,鋼材經(jīng)過硬化處理后,可進行回火處理?;鼗?,或者熱處理是將劍身再一次加熱,這次熱處理不用將劍身加熱到奧氏體化的溫度。根據(jù)鋼材的不同,回火溫度很低。劍身保持此溫度一定時間,然后再次淬火。大部分的刀匠都會將劍身退火幾次,以得到精確的硬度等級。理想的狀態(tài)是,鋼材的硬度足夠保持鋒利的劍刃,但又不能硬得變脆,因為這樣可能引起崩刃或碎裂。
  有一種很常用的熱處理方法,特別受到日本造劍師傅的偏愛,就是用濕粘土混合物將除了劍刃以外的劍身部分包裹起來,隨著劍身的加熱,粘土干燥并硬化。粘土可以保持熱量并延緩冷卻過程。一些刀匠喜歡在整個劍身上覆蓋更厚的粘土筋條,這樣可以進一步減緩這些部分的冷卻速度。理想的狀態(tài)是,這些部分應該比劍身的其他部分稍軟,可以增加柔韌性,而劍刃則應保持堅硬。
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  用粘土包裹的劍
  

鍛造劍的其他部分

  劍身回火完成后,刀匠接下來需要增加劍的其他部分。刀匠通常在加工劍身的同時,就開始鍛打護手和柄頭。護手焊接到劍身上,或者就是貼靠在劍肩上,并通過劍柄固定。

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  用于制作劍柄的木塊

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  日本武士刀

  劍柄可以采用如下幾種材料:
  .木材
  .金屬
  .線繩
  .骨材
  .皮革
  .塑料

  劍柄一般滑過劍舌頂在劍肩上,(刀柄一般采用鉚接或是粘合。)并在末端由柄頭固定。柄頭或者用劍舌末端的螺紋固定,或是滑過劍舌。劍舌的末端被鍛打平整,扣住柄端。有些劍的柄頭,甚至將護手都與劍身鍛打為一體。

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  劍身護手細節(jié)

  護手、劍柄和柄頭制造完畢后,開始對劍進行打磨和拋光處理。最后用油石打磨劍刃,完成品就是刀匠辛苦工作的見證。

  
另一篇:
武士刀鍛造過程(詳細介紹和圖解)
 

日本刀的工法相當?shù)膰乐?,并不是在仿間某些人以訛傳訛的粗制濫造,在日本本土被稱作真劍的日本刀,全部都必須要用古法鍛造,本文根據(jù)研究各派之鍛造法,并且擷取共同部分,為日本刀的鍛造科學作一個概略的簡述,由于日本刀鍛煉法種類繁多,在此則以使用最普遍且強度硬度比最明顯的甲伏鍛來做說明。

日本刀鍛造法


日本刀的鍛造,現(xiàn)代刀正式刀工必須前往日本各地教育委員會進行制造申請登記,一個日本正式刀工在一個月內(nèi)只能現(xiàn)代造出三把合法的真劍,且日本真劍都必須要使用傳統(tǒng)練造的玉鋼來制作,那樣的刀才能稱做真劍,用玉鋼做為真劍鍛造出的日本刀,經(jīng)過研磨后可以產(chǎn)生相當美麗的地肌以及沸出來的刃文,真劍的造法如下:

一. 水挫
即是將“玉鋼”加熱并錘打成厚度為大約 5mm 的薄片。聽起來像是很簡單的加工程序,其實不然... 為了控制鋼材的含碳量 (含碳量的保留 /流失),加熱的次數(shù)有嚴格限制;而且“玉鋼”的硬度在其續(xù)漸冷卻時會有所改變。只有經(jīng)驗老到的刀匠才能準確把握施錘力度的變化,在限定的加熱次數(shù)下將“玉鋼”打煉成厚薄均一的薄片。
鋼片成形后,刀匠會用水將其急速冷卻。含碳量足夠的部份會自然碎落,作為制刀的材料。刀匠要對鋼片的溫度和用水的份量有極準確的把握,才能夠收集到含碳量合適的材料。余下的部份,刀匠會留待將來再用大多這類的材料會根據(jù)刀工流派的不同,以及刀工功力的不同作為日本刀各種結構。以現(xiàn)代材料科學的角度來看,這個步驟算是刀匠控制鋼材含碳量的手法。


二. 小割
將鋼料打碎成 2 到 3 cm 長短的細塊。不碎的部份就是含碳量過低,有些刀匠會用這個來制作刀劍的“芯鐵”也稱作刨丁鐵。
 

三. 制作燒臺
燒臺將會成為刀身的一部份,所以必需以優(yōu)質的“玉鋼”制造。(燒棒不是刀身部份,可以用任何鋼料制作。)
 

四. 積重
將小割過程所得的碎鋼塊一層一層的焊接在燒臺之上,如此熱力就可以均勻傳導。鋼塊的熱黏滯性對镕接的效果有決定性的影響,而熱黏性則取決于鋼材的純度和含碳量,所以選用“精選玉鋼”和進行第一步的“水挫”工序是必要的。
不同的刀工不同的傳法有不同的鍛接方式,平行排列的焊接稱為“短冊鍛”,交差排列的稱為“拍木鍛”,十字形排列的稱為“木葉鍛”或“十文字鍛”。 以鍛造一支“刀”以“打刀” 山城傳為例,就需要積聚約 2kg左右 的鋼材。


五. 積沸
將積重程序辦好的物料放回爐火,以確保鋼料能夠完全鍛合。為確保鋼料與空氣完全隔絕 (以免爐火消耗鋼材中的含碳量) 和容許細慢而均勻的熱力處理,置入爐火前刀匠會將鋼料用沾滿泥汁和稻草灰燼的和紙將鋼料緊緊包好,刀匠必需小心掌握爐火的溫度和加熱的時間。


六. 折返鍛煉
日本古時一直未有機會獲得良好又無雜質的鐵礦原料,要鍛打出材料晶粒均質分布的刀劍就更困難了,為克服這個問題,唯有應用“折返鍛煉”的技術。
本人大膽假設,日本本土屬于石灰地形,火山多良質鐵礦少,引此也只能采取河床的鐵砂精練成玉鋼。現(xiàn)今日本現(xiàn)代鋼鐵原料主要也是仰賴進口,日方只作后續(xù)的處理,處理完后價值更勝之前的原料,也因此日本古代就開發(fā)出改善材料缺陷的方法,即為"積沸"和折返鍛煉。
將積沸過程處理完畢的鋼料進行返復折疊,重新反覆鍛打接合,只要重復 10 次,就可以造出有 1024 層的鋼材 (2 的 10次方);層次愈多,鋼材中的碳和各種化合物就會更加均一,晶粒也會更細致更均勻,制成品的強度亦會較高。有利必有弊。高溫煉爐中的鋼材較軟,含碳量再高溫中逐漸減少流失因此較易打造成形;低溫煉爐中的鋼材較硬,較難打造,甚至不是個人的體力所能應付。如果折返層不能完全鍛合,就會成為潛在的內(nèi)部裂痕(魔線)或者是內(nèi)部空孔,變成完成品的瑕疪。所以,一般打造過程中,刀匠會緊持鋼材,并根據(jù)經(jīng)驗發(fā)號司令,由兩三名體壯力健的弟子從旁以長柄大錘敲打,弟子則此實在負責鍛打玉鋼的時候學習觀察溫度。換句話說,制作日本刀真劍是人力集約的工法,以血汗換取質素的偉大藝術以及科學。
折返鍛煉經(jīng)過不同的摺疊方法,在經(jīng)過特殊的研磨方法后,刀體上會浮現(xiàn)有如行云流水般或者各式各樣的紋路,此為地肌。



附帶一提,一般來說層次太多的話,會造成鍛煉過度的現(xiàn)象,材料會產(chǎn)生大量的"魔線"缺陷,因此日本的刀劍通常不會經(jīng)過 15 次以上的折返鍛煉。另外在“折返鍛煉”期間,不斷的錘打會令鋼材中一大部份的雜質化為火花飛走。原因有二
(一)內(nèi)部空孔(空氣殘留)
內(nèi)部空孔是造成刀劍易折斷的主要原因之一,材料空孔過大材料密度不足,因此晶粒流線無法妥善結合,反而造成金屬"魔線"的產(chǎn)生(即為材料裂痕)
(二)雜質
雜質是鋼材的“強度破壞點”,損害往往由“強度破壞點”開始,慢廷至材質的整體,成為全面的損壞。“強度破壞點”的數(shù)目愈少,慢廷破壞的機會也隨之減少。所以,鋼材愈純凈,其強度和韌性就會愈高。


七. 芯鐵鍛煉
日本刀的折返鍛煉比較特別的地方在此,剛才鍛煉的為含碳量較高的日本刀的皮鐵,淬火過后可以得到更多的麻田散鐵系組織,或得較大的硬度和強度,但是由于麻田散鐵共析組織具有相當強的脆性,若單一使用該組織制作日本刀會造成日本刀缺乏韌性,降服強度降低,一受沖擊立即折斷的物理現(xiàn)象,為了改善此缺陷,因此就需要芯鐵的制作,由外面的皮鐵包住里面的芯鐵,這種作法稱做甲伏鍛,俗稱包鋼法。
芯鐵會使用含碳量比較少的庖丁鐵制造(含碳量比較低的玉鋼),讓鋼質柔軟具有韌性,接著同皮鐵的折返鍛煉,但是折返次數(shù)不至于過多,大約六次左右(芯鐵也有折疊),過多的折返芯鐵也會造成強度增加的情況發(fā)生,如此一來便失去了芯鐵的意義。
 
 
八. 造邊
造出刀身內(nèi)部的結構,各刀工派系的不同和玉鋼練出的純度,也會決定造邊的各種不同的型式,說簡單一些就是將鍛煉好的皮鐵包覆鍛煉好的芯鐵。各構造和方法如下:
(造邊的種類)



 

九. 素延
將造邊確定完成的鐵,放回爐中,等到在結晶紅熱溫度,開始經(jīng)過反覆的鍛煉始其延展逐漸行成刀體,素延的過程中,必須謹慎小心以免造成刀體的缺陷。






十. 切先制作
將素延好的刀體,作出適合的刀尖,切先的方向大多會以造邊的晶粒流線先截短一段候逐漸鍛出,這個加工方法可以確保晶粒流線的完整性,更進一步確保切先的強度。
 
 
十一. 火造
刀匠開始繼續(xù)精鍛刀體結構,從切先造好之后開始,會開始確定后逐漸一面加熱,加熱至特定白熱溫度后刀匠會使用小槌,鍛造出鎬和地,刃先的好壞有一部分也看此。


十二. 燒入
一把刀的好壞和成色,最主要就是看這里,通常會把火造完成的刀體先進行大體上的粗研磨,之后就會開始覆上燒刃土,只露出刃或是預先急冷淬火的部位。關于燒刃土的覆蓋法,各刀工有各刀工有不同的燒刃法,在覆蓋燒刃土的土質上也有不同的出入,以日本作古老的大和傳為例子,至少會蓋上3種不同的燒刃土,進行燒刃工作,覆蓋燒刃土最主要的目的是要使刀體本身在淬火的過程中,緩慢冷卻,不同的土就會造成不同的冷卻速度,沒有覆蓋燒刃土的刃部或其他部位就會因急速冷卻變成高硬度的麻田散鐵系組織,這個步驟可以說是日本刀的靈魂所在,最后可以充分達到刀體強韌刀刃堅硬,此為日本刀的一種最大的特色。
燒刃時,刀匠會把涂好燒刃土的刀進一步的丟回爐火中,等到特定的紅熱溫度(這個都是刀工的實力,各派刀公不喜在使用精密的溫度儀器作量測)刀匠就會把刀體從爐火中取出,放進各自流派中所調(diào)整好特定溫度的水或是油中,進行淬火(燒刃)的工作,此時露出的刃部,會因為急速淬火,而產(chǎn)生高硬度的麻田散鐵組織,同時刀體也因為燒刃土的成分和厚度不同,金屬晶粒也開始因為冷卻速度的不同,和析出結晶的不同,開始收縮翹曲,之后就形成了日本刀特有的弧度(反),若是脆火溫度判定錯誤,就會造成胡亂翹曲,前面辛苦的心血會全部化為泡影,不同的刀工流派也有不同的反法,也因此這樣燒刃土才會有不同的涂法和材質,析出的麻田散鐵共析鋼組織顏色會以白色呈現(xiàn)在刀體上,及為日本刀的刃文,各種不同刀工流派都習慣用不同的刃文,在山城刀和備前刀中有一種在刀體上完全平直的刃紋,稱作直刃,其余流派刀工所造出的刃文稱為亂刃(亂刃還有細部區(qū)分在此無法一一詳述),刃紋的成色不但影響刀體本身的強度,同時也是一把日本刀美術價值的最主要關鍵所在。
附帶一提,涂上燒刃土這個步驟也不是隨便亂涂一通,刀匠會把火造好又粗磨過的刀體,在一張宣紙上1:1的呈現(xiàn)后,先進行刃文制圖,隨后再參照圖面進行燒刃土涂刀的作業(yè),因此刃文會和工作圖上的近似度100%相同。該刃文圖會在刀造好后,繳交當?shù)亟逃瘑T會,作正式刀工作品的新刀建檔資料工作,古代據(jù)說相同,只是建檔的單位是幕府,將來更是鑒定真?zhèn)位蛘叱霭鎴D鑒的依據(jù)。
燒刃土調(diào)制和工具


 

十三. 合取
即為回火,淬火后的刀,由于刀體本身金屬晶粒收縮翹曲,因此就會產(chǎn)生金屬淬火過后的重大缺陷,稱作熱應力集中,這個現(xiàn)象是造成日后刀體本身內(nèi)部構造發(fā)稱晶界滑移,或是經(jīng)過撞擊后產(chǎn)生魔線,造成日后受到?jīng)_擊后折斷的現(xiàn)象,為了解決這個情形,因此就要實施合取(回火)的動作,將燒刃過后的刀重新置回火床上,經(jīng)過一短暫的特定時間和溫度,立即取出刀體,完成回火之動作,否則過度的回火史晶粒過度粗大化,將會使之前燒刃的步驟前功盡棄?;鼗鹬蟛坏梢韵裏釕型瑫r可以讓刀體某些不完全變態(tài)之麻田散鐵組織變成沃斯田鐵組織,進一步增加刀體的強韌性。

 

十四. 鍛冶研
合取完畢的刀體,其實已經(jīng)是完工九成的日本刀,接下來刀匠會先作一次粗研磨,這個研磨就稱作鍛冶研,隨后就將刀送交給專門研磨的研磨師,刀匠的任務已經(jīng)完成,美術價值的研磨工作就交給到研磨師。


十五.確定中心 切銘
研磨完成的刀,隨后刀匠會在中心的位置造出濾目,并且切上自己身為正式刀工的銘文,隨后將刀子教教育委員會登記,領取登錄免許證。


結語

以上就為日本刀的制造法,日本的的鍛冶時間不定,要視氣候.溫度.濕度.刀匠本身身心狀況,的因素而定,也因此一把日本刀鍛造之時間由1~3個月不等,因各因素而異。此外日本氣候受黑潮之影響,也因此濕氣的控制和時間巧妙交換的關系也是一位成功刀匠所需要拿捏的功夫,最后發(fā)這篇文章不是要說明日本刀有多么的優(yōu)秀和獨一無二,事實上折返鍛煉這樣的工藝水平,中國有,歐洲有,中東也有。折返鍛煉是古代材料處里的一個里程碑,但不是說有折疊就一定好,筆者文中就談過許多的熱應力問題和材料處理困難的問題,因此也不可說有折疊的兵器物理性能上是差不多的,問題就出在怎么折,如何折,怎么造邊,用什么樣的材料來造邊。這種武器生產(chǎn)的材料處理程序,這樣子的問題問題仍是現(xiàn)代的國防工業(yè)機密,在擁有精密儀器的現(xiàn)代都已經(jīng)是這樣的難事,更何況是需要憑經(jīng)驗和時間累計的古代,這樣的古代國防科技值得我們深思以及研究。

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