刀具锋利度与钢材、硬度关系的讨论

美好未来

这个问题，大家能否拿点，如何种钢材，何种用途、何种硬度等详细参数下的开峰才是最适合的数据或实例出来

30kms

白钢可以磨到非常锋利吗（不用布轮羊毛轮做抛光的前提下）？

也许是我磨刀的水平不够，我觉得白钢非常不好磨，我至多能做到剃汗毛，推纸不是很顺。这还是是用红宝石油石才能磨出来的。
冷刚的Carbon V就很好磨，在浆石上蹭几下就就可以做到推纸，剃毛。
三刃木磨起来也很容易，也很快，保持性稍差而已。
就现在磨刀的感觉，越硬的钢越不容易磨锋利。主要原因就是抛光（用油石，浆石）过程不好做。
另外刃厚、开锋的角度也直接影响最终的锋利程度（切削）吧？用CR绿偏帽和三刃木910比，两个刃厚、开锋角度都有差别，貌似不具备可比性啊。

说的不对的地方还望各位指点。
另外请教一下，三刃木用的什么钢材？

普京

和各位刀友讨论有关刀具锋利度及其保持性的影响因素和处理办法等问题。

材料的强度、耐磨性、弹性、塑性等，刃口的夹角“劈”的大小等等都对刀具的锋利度、保持性有着十分明显的影响。

以上因素都很正确，唯独漏了最重要的一项：刀锋的打磨方法
这个因素对同种材料、同处理的刀的刀锋的锋利度、保持性起到决定性作用。为了达到理想的锋利度和保持性，不同的材料应该使用不同的打磨手法。正因为这一点，才出现了刀友对同种材料锋利度和保持度的分歧。如果大家对打磨手法感兴趣，不妨另开一帖，我们再讨论。


如果这个帖子是讨论材料的，那么打磨的方法应该要确定下来。这是我的小小意见。

dhan

楼上朋友不错的主意。同意！

和锋利度关系最大的是刃口，那就按刃口V型打磨吧，您看如何？

xiaodaolion

有潜力哦...
偶想到了刮胡子的犀牛刀片刃口非常薄弱，几乎遇稍硬的东东就马上不锋利了（例如削木头之后明显就会感觉到刮胡子会痛...）但是那个刃口就足够锋利，现在就比较好奇这个材料的数据...硬度..韧性等...还有一个最重要的因素就是其打磨工艺...因为假刀片也可以磨得一样锋利，而保持性却明显能感觉到...
谁对刮胡刀做过深入的研究么？

hht1977

原帖由 30kms 于 2008-3-26 11:39 发表
白钢可以磨到非常锋利吗（不用布轮羊毛轮做抛光的前提下）？

也许是我磨刀的水平不够，我觉得白钢非常不好磨，我至多能做到剃汗毛，推纸不是很顺。这还是是用红宝石油石才能磨出来的。
冷刚的Carbon V就很好磨 ...

我自己DIY的那锋钢锯条应该不是白钢,而是M2!

三刃木的钢材是8Cr13MoV啊！

godbob

楼主既然提到了“刃口的夹角”，应该还要考虑到整个刃的走型。直刃、S刃、狗刃、双清根、刀疯的蝠刃。。。

xiameng

原帖由 xiaodaolion 于 2008-3-26 20:30 发表
有潜力哦...
偶想到了刮胡子的犀牛刀片刃口非常薄弱，几乎遇稍硬的东东就马上不锋利了（例如削木头之后明显就会感觉到刮胡子会痛...）但是那个刃口就足够锋利，现在就比较好奇这个材料的数据...硬度..韧性等...还 ...

你说的是刀片，我认识一个世代打铁的老师傅，他们传下来的技艺、行当分得很清，每个人只能学一门，作菜刀的只能做菜刀，作剃刀的只能做剃刀等等。这儿有两位师傅，一位是作菜刀的，后来在国营刀厂任技术工人。另一位就是做剃刀的，他曾经给我表演过吹毛断发，这一点我感觉我们坛子里很多前辈都能做得到。抽时间去问问他是用什么刚才做的剃刀，回来再给大家汇报。

dhan

关于“整个刃的走型”，感觉与锋利度的直接联系不大，有一篇类似的问题分析，特转来欣赏——
一篇他研究斩的文章
研究實戰刀劍與劍法，需要以相應的古董來作參考。不過，這卻不代表觀察古董時，僅僅以〞眼見為實〞。專業修復人員及刀劍師，在參照古董現有尺吋的同時，腦海中亦推算出，該刀劍於新造時候的形態，從而知道與現在的差異。事實上，清朝所採用的實戰刀劍，即使同樣是柳葉刀，其形狀經已跟現代中國國術中所見的，存在著極大的差異。因為現代國術所見的刀劍，形態設計多是為了套路耍起來好看。畢竟沒有多少玩國術的朋友，會拿著刀劍進行無規範的對打練習，以及用真刀真劍，攻擊類似人肉的目標作練習。
清朝的軍用刀，相比起現在的武術刀劍，是較窄和直，沒有特別闊大的刀頭的。這種設計實為實戰之用。
闊刀頭有利斬，但原因並不是因為加重了刀頭。日本刀沒有加重刀頭，也沒有加闊。歐洲鐵器鋼器主斬劍亦沒有加重劍尖，也沒有加闊，而且更加不是彎的。那麼為何它們都可以斬過骨頭呢？
如果對幾何學有所認識，應當知道直劍劈東西，並不會比彎刀差。因為目標物並不是平面，tangent不論直劍彎刀，永遠也只得一點。在 壓力= 力量 / 面積 的物理公式上，上根本沒什麼分別。而且在穿入目標之後，彎刀接觸線長也不比直劍短，所產生的摩際力與接觸線及面成正比，因此也不會比直劍低。但彎刀的深入度，卻比直劍淺，因為是弧線，相同長度之下深入目標的距離較。劍斬得更遠，但有機會卡住，因容易斬得太深。彎刀則較易收刀，但刀口淺。僅此而已。
很多人在觀察刀劍的時候，都犯上了一個毛病，就是以平面的眼光和思巧，去測量立體的刀劍。闊就等於重嗎？窄就等於輕嗎？這是錯的理解。因為這並沒有將厚度計算在內。
如果在觀察刀劍的時候，留意到厚度漸變這個重點，以及主刺劍的關鍵，主斬刀劍的關鍵等，便會明白到，其實一切的因素，都是有關連的！亦可以分得出，哪些是實戰用刀劍，哪些不是。因為從刃橫切面上，可以看得出，究竟它的形態，是否與其設計目標存在著矛盾。
一般人以為斬劍又闊又厚，刺劍又窄又薄。那究竟實際上是如何的呢？
主斬劍在穿過物件時，軌跡需要穩定，所以闊身有助穩定路線。而斬過東西時需要減低阻力，所以厚度要越薄越好。縱觀歐洲闊刃主斬劍，中東主斬刀的闊刀頭，中國的闊刀頭，全都符合以上的物理。
不少人說中國劍重刺不重斬，又認為劍身軟。其實這根本是自相矛盾的。
因為軟就不能刺，力上不了劍尖。人不是平面，而是弧面。如果劍身不夠硬，劍尖隨風擺柳，只要角度稍為歪曲，在刺的時候便會〞擦身而過〞。再者，假如真是劍身薄的話，便有利於斬了。
相反，主刺劍是要硬直的。主刺劍雖然窄，但卻很厚，以保持劍尖能夠在接觸目標後，於受力的期間，繼續保持筆直。這從十六世紀的Rapier 到十八世紀的Small sword 皆可看出來。中國實戰用輕劍亦是如此。
窄的劍才厚，闊的劍才薄。這才是真相。
因此日本刀，事實上比中國鬼頭刀及厚背大刀，還要更厚。想想為何：日本刀窄中國刀闊，越闊越利斬，越要斬就越要薄。闊和薄是主斬刀劍的關鍵。
所有斬刺兩用的兵器，都是在闊而薄，窄而厚之間妥協的設計。
不論彎刀直刀，砍劈時都是一點接觸的，因為目標物不是平直面，接觸一個圓形的tangent雖然是直線的，但也只有一個接觸點（幾何學）。而且在斬進之後，弧線比直線長，直刀劍鋒口接觸目標的長度，比彎刀劍還要少。
越直的刀劍越砍斬得深，撞擊力（impact power）亦大，但易於卡住，對於刺裝甲與撞擊裝甲都很有用。而彎的在揮刀時，則可以流暢順過，但就沒有斬得那麼深。嚴格來說，這其實是〞斬〞與〞割〞的分別。越直的越偏向〞斬進〞，越彎的越偏向〞割過〞。你也可以留意一下印度和中東一帶的shamshir，他們都是用slice／draw cut的，因為其彎度是利於此。
很多馬上用的刀也是彎的，如太刀，sabre等，就是要利用拖割時能順利將刀回收，不致於卡著在目標物內部。而馬的衝力早就足夠令拖割的威力有如步兵的砍斬般強。
上至下：直刀、打刀、shamshir
可以看見，大家都是一點接觸，因為圓弧形的tangent只有一點。
其次是切入後，直刀受到的阻力很大，因為抵抗力要向很橫的方向卸去，不過亦因此而有很大的撞擊力（力=反作用力，直刀受力大=目標物受力大），而且傷口很深。
打刀，抵抗力比較易從刀尖方向滑出，而shamshir就更易，幾乎是向上滑出的。不過亦切得最淺，對著裝甲時將會沒有什麼效果。
沒有誰最好，誰最不好。只是不同的要求用不同的刀。
上圖中，有數件事要留意的：
1. 在同一時間揮刀之下，首先擊中對方，並斬得最深的，是直刀。打刀第二。shamshir第三。你可以看看，揮彎刀的雙手，都要到比較下邊的位置，才能擊中對方的頭。那就是等如要走長一點的距離才會打中，亦即是：慢！
2. 引伸出，擊中對方時，雙手的揮刀力度，以直刀為最大。何解呢？大家若果有練刀的都應該知道，一個人揮刀斬擊時，速度最高力度最大時，就是雙手拋至向前伸出時。在這個時候斬中的話，穿透力就最強。到了shamshir 那個手的位置才擊中的話，基本上是〞去勢已老〞，力將收之時了，根本就斬不進，不過可以拖得開。所以這種彎度的刀，根本不是設計用來斬擊用的。
3.現在我們來談談接觸面積。不知大家還記不記得初中時學的圓幾何？一個人身上的目標，都是由各式大少的弧線組成，當中有很多都是符合圓弧的。圓的tangent，不管是直是彎，都只有一點，這是不爭的事實，不然你去重新發明過幾何學吧！
好，之後就是砍進去以後的接觸面積。我們先鎖定一個條件：要直刀彎刀斬得一樣深。
在一樣深的情況之下，例如要斬穿對方頭部的直徑長度，直線所需的距離比曲線短，這也是眾所周知的事實，所以接觸的刃長度亦短！
接著，我們嘗試放開這個條件，再想想為何圖中的彎刀接觸刃長度，比直刀短呢？很簡單！
因為彎刀都沒有斬得那麼深！
結論：彎刀直刀各有用處，大家別以為直刀就是弱，彎刀就是強。其實不然。在破壞力，接觸面而言，直刀都比較優性的。問題是砍進後，直刀的角度令到它很易卡住，而彎刀沒有斬得那麼深，可以讓力從旁卸去，所以適合用於必須要流動的馬戰上。
另一枝，正如前述，越闊的刀就越薄…而且是越向刀尖越薄。
可是，難度彎刀真的沒有比直劍直刀出色的地方嗎？那麼為何世界各地會有這麼多彎刀的出現呢？
彎刀斬入時，如之前圖示，越彎的話，斬得越淺，而反作用力亦會順著刀的彎度向上洩去，所以反作用力小，長期使用的話較省力。
彎刀在揮動時比直刀容易保持軌跡準確，因為控制軌跡是*手腕旋轉。
而當懂得用刀劍的朋友，斬東西的時候，手和刀劍成完全直線之際，就是接觸目標物之際。此時，以彎刀，不論向前或後傾，由於刀尖的重量偏離了手腕的旋轉軸一段距離，越彎的話，偏離幅度越遠。正如要用一枝軸去旋轉一個重量分佈很廣的大車輪，比旋轉一個重量集中在軸心上的小車輪，要花上更多的氣力。所以斬擊時，要轉動彎刀並不容易，較不靈活。但這亦等如不易出錯。
直劍直刀與手腕旋轉軸成一直線，劍尖重量完全在軸心線上，要旋轉它跟本不用費力，所以出錯機會亦高，但較靈活。
話說回來，常聽見有習拳腳的朋友，認為兵器如手腳，所以拿著兵器時，當手腳來用便可。我卻對此有另一番見解。因為手是無刃，手的任何攻擊都是撞擊性攻擊。這和有刃兵器的切割式和穿透式攻擊本來已大大不同。即使是拳法的穿透式攻擊，只是力的穿透。與刀劍的實體穿透，在穿透過程中所面對的物體之間磨擦力，根本是兩回事。
而這就是有刃兵器與無刃兵器的最大差異之處：實體穿透！
只要有試斬經驗的朋友，都知道在刀劍斬進物體之後，只會有減速和力量喪失的發生，是不可能在穿入物體之後的時候加速的。即使加上身體重量也絕對沒用。因為斬的角度未必是完全垂直，但身體重量受地深吸力影響，是垂直向下的。這時加身體重量，也只會將刀劍壓彎。請別忘了，刀劍尖斬人的部份，只有不到4mm的厚度。
好的刀劍手，除了懂得如何在刀劍斬進目標之前，將刀尖劍尖加速至極點之外，最重要的就是如何讓刀劍在穿透目標物時，以最低磨擦力前進。這也是有刃兵器與撞擊性兵器的終極差異之處！因此，即使揮起刀劍有如揮棍，但只要在這個部份掌握得好的話，一樣會在擊中對手的一刻，造出刀劍應有的切割效果！
要讓刀劍以最小磨擦力前進，一定要做到令刀劍運行的方向，以最小的接觸面積與目標物相交，亦即鋒口切入物件，穿透物件的角度，要與揮刀劍的角度，成完全的平行，沒半點差異。
四十五度揮刀，刃就要以四十五度切入，並以四十五度穿過目標物。
三十度揮刀，刃就要以三十度切入，並三十度穿過目標物。
否則四十五度斬，但刃以三十度切入，便大大增加了刃接觸目標的面積，阻力大增。角度上再微小的偏差，都會造成大量的阻力。
目標較硬者，完全斬不進。較軟者，斬進後被卡死，弄彎刀劍。
清朝的军用刀，相比起现在的武术刀剑，是较窄和直，没有特别阔大的刀头的。这种设计实为实战之用。

xiameng

原帖由 damasteelfan 于 2008-3-25 13:14 发表
最近有个很不张扬、收有大量刀具、磨刀功夫犀利的刀友，教我一些磨刀方法（以后希望能够单独开帖讨论磨刀）。磨刀正确了，才发现硬度也会影响刀的锋利度 ...

damasteelfan版主，能不能抽时间开个帖子，由你来主持大家共同学习、交流一下磨刀的知识啊？这应该是大家很感兴趣的问题。和这个关于钢材和锋利度的帖子也正好是个姊妹篇。

dhan

刃口部位的力学分析——
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刃口某一点位受力时的状况如上图，其中
      F    ——垂直于刃口的切割力
      F1  ——来自于被切割体刃口尖端压力的反作用力
      f1   ——切割力在刃口侧锋的分力（左）
      f2   ——切割力在刃口侧锋的分力（右）
      fm  ——被切割体对侧锋的摩擦力
      fn   ——平行于侧锋的切割力的分力

说明：
     1. F1 是可以计算的，它等于材料的破断强度（可以按材料的抗拉强度计）与刃口和被切割体接触面积的乘积，反过来说，就是一个压强的大小，其最大值就是材料破断强度。
        这个接触面积越小，则压强越大，则对切割力F的抵消越小，则容易切割（即锋利度越高）；

     2. d 越小，则分力f1、f2 越大，被切割体则越容易被劈开（即锋利度越高）；
   
     3. 摩擦力fm 越大，则对切割力的分力抵消越大，则不易劈开。摩擦力与刃口处的粗糙度、硬度、摩擦副材质等因素有关；

     4. 实际操作中，刃口会发生变形的（包括弹性变形和塑性变形），如果材料相对强度不高，弹性变形会使尖角变钝，从而增加接触面积，则F1 增大，塑性变形则会累积这个结果，表现为越使越钝；

     5. 高强度往往对应着高硬度，这就是保持刃口尖角不变化的基础。
         高硬度也容易磨出高的光洁度，以减小侧锋的摩擦阻力。
         摩擦副材质相近则分子（原子）间的亲和力比较大，考虑被切割体常用材质可粗略确定可选择材料的范围。
         过小的 d或较大的L 都可提高锋利度，但材料的强度是关键。

         以上分析是基于垂直劈砍时的状态，如果有偏斜，则分力f1(或f2)会单方面极大，相对于刃口处的微小截面积来说，常常会超出材料的剪切强度！若材料表现为脆性，结果就是崩口甚至是断裂了。

  个人观点，不足为凭，欢迎指正。

[ 本帖最后由 dhan 于 2008-3-27 17:46 编辑 ]

百工之人

我曾用显微镜观察过各种刀的刃口，作为自己磨刀的效果对照，当时发现一些有趣的现象。

1.刃口有轻微的卷口，也是能剃毛的
2.刃口宽度相同，磨削痕迹和刃线垂直的最锋利
3.有的刀具无论怎么磨刃口都比其他刀具要钝（后用火花法发现材料不同）
4.每种刀的磨到最后都会产生暴口，看断口晶粒越细的暴口越小
5.刀刃越光滑切削越顺畅，不过磨出镜面后好像切削反而不顺

     一般刀具锋利程度就是看刃口线（就是刃口从顶部方向看）能磨出最小的宽度，这是和刀具材料，硬度，和磨削的方式有关，个人观点以上3点的关系如下：
   
    材料晶粒越细越容易磨锋利，硬度越高容易磨锋利，一般晶粒越细硬度越高，晶粒越细刃口磨出的锯齿型越细腻，整齐，（其实所有刀的刃口磨好都会出现锯齿，只是不规则的锯齿和过大的锯齿对切割不利）；磨削从刀具表面观察，主要有两个方面:一个是磨石的粒度，刃口越锐利，不过锯齿不易磨出来；另一个是磨削方向，一般有三种，磨削痕迹和刃线垂直，平行，斜交，三种各有特点，要结合实际情况分析。

     本人对刀具刚刚起步，以上为个人看法，如有错误，请诸位指正。

剑箫

个人意见(说错勿怪)
这个话题很笼统,很大,涉及的面也很多,讨论的问题范围是否能再明确具体些.
1).讨论锋利度应该先确定下来被切削的物体是什么,最起码要确定被切削物体的硬度范围,刮胡子的犀牛刀片非常 锋利,但不能削铁,削铁的硬质合金也非常锋利,但不能剃须,它们哪个更锋利?  它们没有可比性.(我不是在抬杠)
2).dhan兄在18楼的说法很好,应该定下来锋利度的概念.
3),damasteelfan 版主兄在5楼规定:"这个帖子就讨论锋利度及影响锋利度的主要因素： 钢材与硬度 "(打磨方法,钢材的韧性,热处理的条件及晶粒的大小等都不提了,总之是钢材所能达到的最佳状态下讨论)是同种钢材不同的硬度条件下讨论,还是在同等硬度不同钢材条件下讨论?或者是在不同硬度不同钢材条件下讨论?(在不同硬度不同钢材条件下讨论容易乱套)

另.22l楼的30kms 兄:白钢磨不锋利(推纸，剃毛)的原因是太硬没有韧性,就象硬质合金无论怎么磨都不会很锋利.如果将白钢在800度左右回火,降低它的硬度就很容易磨锋利了.

hongwei

学习拉

glazier

我在学校时曾长时间从事钢材性能的研究，简单谈一点浅显的看法。
首先，对于“锋利度”这个概念我到现在还没找不到清晰的解释，希望从后面各位刀友的讨论中有所收获。我一直认为锋利度是个很难量化的评价标准，比如说这个“锋利”是利切性还是利割性？
如果是切（实际上推应该也是切），从理论上来讲应该是硬度越高刃角越小刃线处晶粒越小越锋利，所以从切的角度来讲，平刃、小刃角、高硬度、刃线处晶粒小且连续均匀是最佳的，但有时候为追求特殊的效果可能在某方面有所放弃但仍然可以得到锋利的刃，比如较软的剃刀（放弃硬度）和大刃角的车刀（放弃了刃角）；
如果是割，应该是锯齿形状的刀刃更为“锋利”，这也就是大马士革钢和花纹钢的优势所在，我一直认为，大马和花纹钢的刀做成弧形刃更有利于发挥材料利割的优势。
最后，关于钢材的微观结构，我只能简单的说两句，因为这实在是个太大太复杂的课题，涉及太多学科，我在学校的时候也只是选学了跟我课题相关的十几门课，所知实在有限。对于这个“锋利度”的议题，我只能说这两点（其实也是废话）：1.每种钢材（不管是炭素钢还是合金钢）都有独特的微观晶粒结构，导致了同样的打磨方式同样刃角的刀刃会有不同的利切或利割性；
2.热处理会改变钢材的微观结构，这种改变是多方面的，并不是说热处理后钢材一定就有性能的提升，这是相对的。对不同的钢材，为达到不同的材性指标就要用不同的热处理方式。（多说一句，尤其是碳素钢，对热处理要求还有比较高的，如果热处理不均匀会导致材料局部缺陷（析硫析碳等等），局部缺陷就会缩短金属的疲劳寿命。）

说着说着就离题了，呵呵，希望大家一直探讨下去

[ 本帖最后由 glazier 于 2008-3-28 16:35 编辑 ]

dhan

哈哈哈哈-------------真是越专业越是精辟啊，欢迎继续！

当然了，“锋利度”这个概念是需要首先确定下来的，希望有更多的朋友来支持！！！
我朋友刚回来，我就得走了，我邀请他也来参与我的话题（以我之名），他是真正的热处理专家！

百工之人

的确这个题目实在是太大了,涉及的知识点太多.
建议大家先确定几个概念,从几种角度分别入手,进行深度探讨.

例如:1.从刀的用途和使用方式来解读刀具外形特征
       2.从材质来分析刀具使用特性
       3.刀的外形,刃角,材质,硬度之间的关系
       4.材料和热处理对刀具使用的影响
       5.从各地文化的特点来分析各地各时期刀具刀具发展
       6...........

个人意见,多多包涵

dhan

锋利度应该是一个可以度量的单位，就如同白酒的酒精度一样，不管你是二锅头、还是老白干、或是五粮液，72度就是72度，它是不论什么香型的。

可以不可以这样认为：锋利度就是刃口切入被切割体内部的能力。对这个锋利度的测量执行一个固定的、稳定的、可计量可比较的参照物。     而整体刀型的切割能力不妨可以叫做切割力以示区别。切割力还与切割速度、刀体的动量（或叫做动能，与质量等因素有关）等有着直接的关系。
如果不加以区分的话，就是同一把刀经不同的人使用它的结果也会出现不同的数值，可见这是不科学的。

西风小刀

理论太深
不懂
我只知道一把刀的锋利不锋利是相对而言的
正如楼上多位刀友所说
切(割)对象不同,刀具也不同,打磨要求也不同
只有适当的钢材适当的硬度正确的打磨和正确的用刀那么此刀想不锋利都难(当然用久了还要重新打磨)

阳光猪

割纸用的钢和砍铁用的钢是不同的。