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[理论探讨] 【镔铁兄弟会】乌兹钢成因分析

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该用户从未签到

发表于 2011-12-15 05:02 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 150Cr8Mo2V4 于 2011-12-15 11:41 编辑

前言

关于以往对于乌兹钢的论述已经很多了,这里我们没有什么好说的。镔铁兄弟会研究乌兹钢已经很长时间了,在这里希望与大家分享我们的知识和经验。这些经验有些来自于国内外的研究,有些来自于自己的实践,我们对于这一点非常有自信:镔铁兄弟会已经成功的复制出来古代所谓结晶花纹大马士革的乌兹钢并且指出了结晶花纹形成的原因。


关于乌兹钢成因分析、新作乌兹钢与古董金相对比

下面这几组图是镔铁兄弟会製做的乌兹钢和古董乌兹钢在表面花纹上的视觉对比。

以上是镔铁兄弟会所做  乌兹钢



以上是德国索林根刀厂于上世纪实验所提供的乌兹钢花纹照片

另外为了更深入的了解乌兹钢的花纹成因,我将新做乌兹钢切片在电镜下拍了金相。下面是式样经过等温淬火—回火后的金相分析。从图中可见,原始奥氏体晶界周围有规律的分布着先共 析铁素体。


镔铁兄弟会做的乌兹钢的金相的金相照片

奥氏体晶界周围分布着先共析铁素体,晶界内部则是马氏体。而且明显经过回火,内部有大量碳化物析出。先共析铁素体和奥氏体两种不同组织在锻造過程中沿着锻造方向变形,淬火-回火后伴随随渗碳体也沿着条带的析出,导致了形变后的复相组织耐腐蚀程度出现差异。这些差异导致钢材表面出现肉眼能捕捉到的色差。这就是得到乌兹花纹的原因。

在之前美国科学家再对索林根刀厂对乌兹钢的分析的后续深入研究中,也同样提到了该转变中先共析铁素体在乌兹钢花纹形成過程中 的重要作用。



美国科学家对索林根式样进行的电镜分析


请注意以上两张照片,一个是20um一个是100um,由于尺寸放大差异会显得一些细节不同,但他们存在着极大地共同点就是先共析铁素体中析出的2次碳化物偏聚成带。
之前索林根刀厂所提供的照片中的四个式样,被鉴定为4种典型的乌兹钢成分。第三例因为检测到其带状组织是由有害元素偏析所导致,被否定为不是高质量的乌兹钢。在其他三例中全部观测到了先共析铁素体。因此可以看出,先共析铁素体和乌兹钢花纹形成之间具有极大的相关性。我们的结论更认为:这些带状分布的先共析铁素体的生成导致了二次碳化物沿着带状分布。而这些沿着一定规律排列的如银河般的颗粒状化渗碳体就是乌兹钢花纹的最主要成因。

在美国人的实验中,有些乌兹钢式样基体为珠光体组织,其花纹对比度很高,但硬度非常之低,只有23hrc。这与我在製做和热处理過程中得出的经验一致,珠光体组织的 对比度非常高。

我们所製做的珠光体组织高对比度乌兹

这里还有一点需要澄清,古代乌兹钢兵器绝大多数的整体硬度都在50hrc以下(并非大多数传闻的60hrc以上),但是局部显微硬度可以到65,而且抗断裂能力非常之好。有一个欧洲的试验统计,欧洲剑在十字东征之前硬度最高可以到58,而十字东征时期之后则下降到了50以下,非常有可能是在战场上与又锋利又韧的乌兹钢对撞经常发生兵器脆性折 断而进行的改良。


通过实际使用,凭我的经验来看,柔软基体的乌兹钢,在使用過程中往往体现出更好的锋利度。尤其是在切割肌肉、筋腱、衣服等柔软坚韧的纤维组织时更加明显。这种能力可能由于硬质项的微锯齿和柔软基体的自剥落共同作用造成的。

另外在照片中用红圈圈出的是一个锈痕,通过很多国外资料和我们的实践表明:乌兹钢并不具备良好的防锈性,乌兹钢历经百年的不锈如新只不过是一个以讹传讹的故事。镔铁兄弟会的成员当中有从事地质矿产专业的从业人员,职业知识告诉我们,在印度矿区的铁矿石成分当中并不含有大量的铬,并且由于古代的冶炼技术所限不可能人为向坩埚当中添加百分之十几的铬,因此用含高铬的乌兹钢锭锻造不锈兵器完全是一种误导。在德国科学家和美国科学家对乌兹钢的成分分析当中也证实了这一点。并且由于Cr7C3颗粒尺寸远远大于Fe3C,而且极易剥落,如果制造含高铬的不锈乌兹钢只能令乌兹钢所独有的锋利特性消失殆尽,因此应当认为得不偿失。

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  • TA的每日心情
    奋斗
    2013-6-27 07:39
  • 签到天数: 2 天

    [LV.1]初来乍到

    发表于 2011-12-15 08:59 | 显示全部楼层
    不是吧  真弄出来了????哥们太人才了把!!期待做个测试!!

    该用户从未签到

     楼主| 发表于 2011-12-15 11:42 | 显示全部楼层
    本帖最后由 150Cr8Mo2V4 于 2011-12-15 16:32 编辑

    国外其他乌兹钢仿制的尝试——试论**布拉特枝晶钢

    目前还有另外一种枝晶花纹钢,一度被认为是外貌上最接近古代乌兹钢的模仿品,称为布拉特钢。起源于19世纪**。在俄罗斯,从沙俄时期开始冶金学家就一直对如何消除有害液相偏析进行非常深入研究。这也使得**科学界对如何制造枝晶组织偏析有很大帮助。19世纪初期**冶金学家阿诺佐夫成功利用液态偏析法制造出了带有枝晶花纹的钢材,**人称其为布拉特钢。其成分在很大程度上更接近铸铁。在**的论文当中曾经认为所谓“灰色布拉特”即为亚共晶灰口铸铁,“灰色布拉特”因断口和表面呈灰色而得名,这一点有别于乌兹钢酸洗后较高对比度的深色。布拉特钢花纹成因是大量的粗大一次碳化物枝晶经过锻造扭曲组成的带状组织。由于其製做工艺的原因,冷速要求非常缓慢,有时甚至需要刻意长时间高温等温,内部往往存在大量方形枝晶。缩孔甚至氧化。这种布拉特很好辨别。

    如下图:


    其中可以看到大量粗大的一次碳化物支晶交叉排列,甚至在大量锻造形变以后仍旧无法消除。这是由于阿诺佐夫派布拉特的工艺所致。其工艺要求缓慢冷却,由于钢液中的热液交带作用,产生了粗大方形组织。这种情况大量存在于**制造的布拉特,和所谓不锈布拉特。

    下面3图是 俄制布拉特钢锭:
       

    图中标注为缩孔







    从图中可以看到,可以看到俄制布拉特中存在大量热液交带网格、粗大缩孔等。这些网格经过锻造拉伸就会成为粗大交叉状的扭曲纹路分布在刀身上。看上去貌似裂纹。如果经过可锻化处理的铸铁经过耐心的反复低温锻造(如果有幸不打裂的话)也可以出 现类似的纹路。如下图所示:



    布拉特钢因为有以上特性,并且往往含碳量较高(超出钢铁的范围),常常高达2%以上(有些甚至达到6%),所以锻造难度非常大(有些需要进行石墨化处理),经常需要低温锻造,更有甚者需要进行石墨化处理方可锻造,使碳化物不可逆的成为稳定的石墨(现代热处理规范中严格规定一旦出现石墨化即为报废)。经淬火回火的成型制品很硬,淬火回火之后可以到61-63hrc,但是其枝晶骨架几乎没有任何塑性和韧性,非常之脆。而且由于其长期高温保温,缩孔和氧化程度严重,甚至大量的碳变成石墨存在与钢铁当中,金相组织在电镜下很“脏”。製做出的刀,尤其是长刀,上面往往会出现类似长时间锈蚀后留下的凹陷。

    从金相组织上来看传统的印度-波斯乌兹钢的组织是由先共析铁素体中析出的2次碳化物偏聚集导致的。还包括由珠光体和碳化物组成的带状组 织。分别为如图下面2图所示:






    而**布拉特钢则由大量一次偏析枝晶导致 。和亚共晶铸铁非常相似如下图:


    ** 论文提供的布拉特钢组织照片。


    这是典型的亚共晶白口铸铁,老式的鞋撑子和井盖也是这种组织。

    **布拉特和亚共晶白口铸铁对比,在金相组织上十分相似,而与古代乌兹钢却有很大差别。所以可以认为阿诺佐夫派的俄式布拉特和乌兹钢有本质上的区别,铸铁与钢的区别,这也是过去刀剑界认为阿诺索夫复制乌兹钢失败的最主要原因。

    另外**布拉特与传统乌兹钢在视觉上也有明显区别。下面是几组对比图,可以轻易进行鉴别。如出现热液交代网格即可认为是铸铁类原 料锻造而成的结果,而非乌兹钢花纹。


    乌兹钢
    布拉特钢
    乌兹钢
    布拉特钢




    结论

    根据镔铁兄弟会的研究和实践,综合国内外对乌兹钢的研究结果,我们认为:
    1.
    带状分布的先共析铁素体的生成导致了二次碳化物沿着带状分布。而这些沿着一定规律排列的如银河般的颗粒状化渗碳体就是乌兹钢花纹的最主要成因。
    2.
    **布拉特和亚共晶白口铸铁对比,在金相组织上十分相似,而与古代乌兹钢却有很大差别。所以可以认为阿诺佐夫派的俄式布拉特和乌兹钢有本质上的区别,铸铁与钢的区别。
    3.
    古代乌兹钢兵器绝大多数的整体硬度都在50hrc以下(并非大多数传闻的60hrc以上),但是局部显微硬度可以到65,而且抗断裂能力非常之好。柔软基体的乌兹钢,在使用過程中往往体现出更好的锋利度。尤其是在切割肌肉、筋腱、衣服等柔软坚韧的纤维组织时更加明显。这种能力可能由于硬质项的微锯齿和柔软基体的自剥落共同作用造成的。
    4.
    在印度矿区的铁矿石成分当中并不含有大量的铬,并且由于古代的冶炼技术所限不可能人为向坩埚当中添加百分之十几的铬,因此用含高铬的乌兹钢锭锻造不锈兵器完全是一种误导。由于Cr7C3颗粒尺寸远远大于Fe3C,而且极易剥落,如果制造含高铬的不锈乌兹钢只能令乌兹钢所独有的锋利特性消失殆尽,因此应当认为得不偿失。



    本文可以从此地址观看或下载:http://ishare.iask.sina.com.cn/f/22106268.html
  • TA的每日心情
    擦汗
    2014-6-4 12:03
  • 签到天数: 172 天

    [LV.7]常住居民III

    发表于 2011-12-15 12:39 | 显示全部楼层
    什么时侯就可以产量了
  • TA的每日心情
    开心
    2018-9-20 16:12
  • 签到天数: 111 天

    [LV.6]常住居民II

    发表于 2011-12-15 13:04 | 显示全部楼层
    佩服。。。如果再进行深入点的研究,可以发表了。
  • TA的每日心情
    奋斗
    2013-12-21 19:15
  • 签到天数: 5 天

    [LV.2]偶尔看看I

    发表于 2011-12-15 13:12 | 显示全部楼层
    可以投到核心期刊上了
  • TA的每日心情
    开心
    2018-12-24 00:14
  • 签到天数: 43 天

    [LV.5]常住居民I

    发表于 2011-12-15 13:28 | 显示全部楼层
    看了半天,现在看键盘,眼睛已经看花了,学习了, 虽然还是不懂
  • TA的每日心情
    开心
    2013-9-14 12:16
  • 签到天数: 3 天

    [LV.2]偶尔看看I

    发表于 2011-12-15 13:57 | 显示全部楼层
    如果这个量产了,价格会怎样?
  • TA的每日心情
    开心
    2018-10-19 10:20
  • 签到天数: 436 天

    [LV.9]以坛为家II

    发表于 2011-12-15 15:41 | 显示全部楼层
    这个成功了的话,可以申遗了吧。

    该用户从未签到

    发表于 2011-12-15 16:46 | 显示全部楼层
    防锈这玩意比较特殊,有害元素到了了这里不一定就有害了,哈哈
    比如N,比如P,著名代表是09CuPTi耐候钢和那些高氮钢
    所以,加点P,牺牲点锻造性能,彻底复制下古董玩看看呗{:4_134:}

    该用户从未签到

    发表于 2011-12-15 16:54 | 显示全部楼层
    还有个馊主意,在里面扔点稀土

    该用户从未签到

    发表于 2011-12-15 18:49 | 显示全部楼层
    nb!
    加点稀土这个主意不错,就是增加偶然性了。
  • TA的每日心情
    慵懒
    2013-6-26 14:55
  • 签到天数: 2 天

    [LV.1]初来乍到

    发表于 2011-12-15 19:07 | 显示全部楼层
    高手总是在民间! 期望测试和商业化量产
    再现空斩丝巾!

    该用户从未签到

    发表于 2011-12-15 19:17 | 显示全部楼层
    要开始卖了,先开始攻击别人,倒是舍得笔墨!

    该用户从未签到

     楼主| 发表于 2011-12-15 20:21 | 显示全部楼层
    本帖最后由 150Cr8Mo2V4 于 2011-12-15 20:27 编辑

    14# hongkai

    在技术上我们是和**子在国外论战过的,关于**子的布拉特是铸铁这一事实也有俄罗斯方面的科学文献为证。我们研究乌兹钢很长时间了,欧美的一些研究者和我们的观点也达成了共识。因为在关于乌兹钢仿制这一问题上,布拉特一直是存在很激烈争议的话题。既然谈到这个话题就不能不提布拉特。这里没有攻击,只有一些金属冶金学的证据提供给大家,是否一样大家可以自己去分辨。况且关于布拉特国内也是很少有人了解,也谈不上破坏某些人的利益。如果需要,短信我,我可以提供一些俄文资料,我们关于布拉特的研究也有一定深入。甚至有条件的爱好者可以在自家后院用铸铁原料进行制造,主要是长时间固液两相区保温以促进枝晶长大,并不神秘。

    该用户从未签到

    发表于 2011-12-15 20:31 | 显示全部楼层
    很深奥貌似,但是我很喜欢
  • TA的每日心情

    2013-6-25 15:57
  • 签到天数: 1 天

    [LV.1]初来乍到

    发表于 2011-12-15 20:59 | 显示全部楼层
    听说乌兹钢不能淬火?

    该用户从未签到

     楼主| 发表于 2011-12-15 21:09 | 显示全部楼层
    18# 死脸
    因为大量存世的乌兹钢都是以极细的珠光体作为基体,所以很多研究者反推认为乌兹钢不淬火。但是根据文献记载,有很多种有控制的淬火方式,比如风淬、热油脂淬火、水淬,每个工匠都有不同的淬火方式,每种淬火方式都会有不同的热处理效果。根据我们的实际经验,因为乌兹钢淬透性不高,因此在有控制的淬火条件下不会大量生成马氏体,而是保持极细珠光体的基体组织。说完全不淬火也是不中肯的。
  • TA的每日心情
    开心
    2017-12-7 08:24
  • 签到天数: 48 天

    [LV.5]常住居民I

    发表于 2011-12-15 21:29 | 显示全部楼层
    又长了乌兹的知识,猪哥好,又见面了,握爪。
  • TA的每日心情
    开心
    2014-4-11 00:44
  • 签到天数: 10 天

    [LV.3]偶尔看看II

    发表于 2011-12-15 23:58 | 显示全部楼层
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