刀条在原始钢材上的切料方法与钢材横纵方向理论讨论

duckbillclinton

rik 发表于 2015-2-10 23:15
这是我画的示意图：

刀在劈砍，削的时候，引起断裂，蹦口主要是来自刃面2侧的压力，造成刃口断裂，蹦 ...

Rik 兄是个喜欢动手的人，发了这几张图，很用心，赞。我不是材料、冶金出身的，勉强算是混了两个不同专业的理工学位，大概懂得何为科学论证吧。胡乱写两句，作个“百家争鸣”，以博一笑，烦请指正。




上面画了张草图，非常简陋，而且省略了相当多的因素，后面有详细的补充，请耐心地看完。

钢材轧延后，如 1， 钢体内会产生无数细小的碳合物“纤维”，随轧延方向排列分布。 2. 就是不太准确的简化的钢材三面图。  因为在我们讨论的个案里面，钢材的用途是刀具，首要功能是砍切，所以要考虑刀刃的保持性，耐冲击能力，和维护的方便性。  3. 刀刃的边缘（刀锋）都会是比较薄的，所以它的受力分析可以大概地简化为同样钢材的“一块箔”。  4. 因为碳合物是以硬度较高的“纤维”的存在于钢体内，钢箔的简化力学模型可以勉强看成是以同样物质构成的带有平行加强筋（a）的平板（b）。  如 5. 所示，当这个力学模型纵向摆放，受到纵向的冲击时，其抗冲击的力由 n（a）+n（b）决定，n 是冲击物的宽度，是一个总和。  由 6. 图所见，纵向摆放的力学模型能够承受更大的纵向冲击，而且在相当大的可承受范围内具有弹性，受冲击后可复原。  7. 是同样的力学模型横置，当受到纵向冲击时，（a）和（b）的抗冲击能力无法叠加，而且当冲击力超出其中一个（b）的承受范围，如 8. 所示，就会产生相当大的变形。对于同样大小的冲击力来讲，纵向摆放的模型变形幅度会比横向摆放的小很多。

对于刀具来讲，套用上述的模型，刀刃钢体的碳合物纵向排列会令刀锋在砍切时变形更小，以更加垂直的角度进入被砍切的物体，即更加锋利，物体更容易被砍切开，自然，受到的阻力更小，刀具整体受到的冲击力也会更小。而刀刃钢体的碳合物横向排列，当受到冲击时，由于比较容易变形，给人的感觉就是钝，不容易砍切开物体，阻力大，刀具受到的冲击力自然也会更大。刀刃钢体的碳合物纵向排列也会令刀锋在一定范围内有更好的保持性，多数情况下更容易打磨，即维护性更好。

另一方面，上面所述的模型，其实是相当粗略的，而且不太全面，有不少问题，最重要的就是刀体受到极大冲击力时断裂和崩刃是碳合物纵向排列的钢体必须面对的。看热闹的 兄在 27 楼所讲的理论也是正解，但问题的重点不是这里，而是在同样材质、尺寸、热处理的前提下，横向碳合物排列的刀条的抗断裂能力会比纵向排列的大多少（即差值是多大），这才是一个值得探讨的问题，而且就是能够解答 Rik 兄此贴的真正关键所在。

上面我所画的模型，忽略了两个极为重要的因素。

第一，钢的整体应该是无数上述“钢箔”的叠合，而且碳合物“纤维”的分布有如整齐堆叠起来的原木，其截面 有如 2. 里面的c. 图。  横向摆放的模型在此前提下受到纵向冲击时还是会容易变形，但幅度不会像画的那么夸张。


第二，钢体中的碳合物“纤维”并不是连续的，而是断断续续的。这其实才是我与 看热闹的 兄的争论的实质重点。木材和竹子等材料，其纤维是由植物生长时慢慢长成，是连贯的，而且再加上是有机材料，微观结构令其只具备弹性而不具备塑性，基于这两个原因，造成木材的材料性能在纵向和横向上有巨大的差别（即差值非常巨大）。反观钢材，因为是金属，其微观结构是晶体，受到一定的外力能从新排列，即同时具备弹性和塑性。碳合物在钢体中可以看成是有序分散排列的“杂质”，由于是断断续续而不是连贯的纤维，虽然仍然是造成钢材在横向和纵向上抗断裂能力的差别，但由于还是晶体组成的金属，其差值绝不会像木材一样巨大。如果你问我，把同样木料制成的 5 厘米厚，1米见方的砧板（纵向）和桌板（横向）同时单边固定悬空，然后要我在上面狠跳几下，选那块？我当然会选桌板，断裂摔交的机会少啊。  假如换成是 1.5 厘米厚，不同方向切割的钢板呢？ 无所谓，选哪块都一样，差不多。

综此上述，三家国外大牌钢厂给 Rik 兄的建议，实际上就是个利弊衡量的问题。Rik 兄在咨询钢厂代理的时候，所提的问题其实是非常简单的，就是“做户外用大型刀具，如何下料，请给建议”。如果他们还能弄错意思的话，这智商堪忧啊，而且不可能三家大厂都搞错。代理回答问题，一般都是根据厂家提供的指引册子、专业文档提供答复，而来源肯定是基于厂家在实验和实际应用中采集的数据。因此，三家厂商给 Rik 兄的回复其实传达了一个意思，就是纵向碳合物排列的刀条虽然抗断裂、抗崩刃能力比横向的稍差，其相差的幅度不会太大；另一方面，纵向碳合物排列的刀刃具有更好的保持性，锋利度，和可维护性；总的来说，利大于弊，所以建议下料时，刀条厚度取钢胚厚度，刀条长度，取钢胚宽度。

sc1041235951

钢板的厚度就是刀具的厚度
其他方便没太注意
个人认为：长度是纵是横，应该和厚度一样，对传统冶炼的钢材影响比较大，电渣钢，尤其是粉末钢影响比较小。

sc1041235951

钢板的厚度就是刀具的厚度
其他方便没太注意
个人认为：长度是纵是横，应该和厚度一样，对传统冶炼的钢材影响比较大，电渣钢，尤其是粉末钢影响比较小。

绿灵蝉

是不是大概意思是横向力与竖向力不可兼得，就看侧重于哪一方面就用哪种方法

阳光猪

我所了解的三大特殊钢的销售人员和所谓的技术工程师，很多都不是科班的。
所以他们的建议也好，做法也好，很多都是有待于商榷的。
至于怎么样更合理，我觉得科学的技术分析更重要，而不是想当然的一些分析和主观臆断。

duckbillclinton

阳光猪 发表于 2015-2-19 16:05
我所了解的三大特殊钢的销售人员和所谓的技术工程师，很多都不是科班的。
所以他们的建议也好，做法也好， ...

这个说法我同意，正规地做实验分析才是找到答案的正确方法。很多从业人员确实未必是科班出身，我自己从事的行业也有这种情况，但一般来讲，理工行业里的技术咨询，就算他们不懂，也还是会根据 厂家的指引 作回答，因为最起码，发生情况的时候自己不用背黑锅。

Rik 兄所碰到的问题是，三家钢厂都给出同样的回复，而且是有悖常理的回复，发生这种情况的几率很小，所以是值得讨论的。如果不是 Rik 兄发这贴，我自己对于刀具如何在钢坯上下料的认识跟大家也是一样的。

理工科班出身的，最起码要有严谨的逻辑吧，自己从事的行业，给出建议时是不应该作出有违自己专业基本常识的引证的。牛顿三大定理，读过中学的都知道，不难理解，但要运用好就难。同样，那是不是读过本科就一定什么都对，不用讨论呢？  本科给与自己的只是纸面的知识，并不是一切。 我从业于自己的专业将近二十年，最多的时候带数支团队，三四十人，经常争论得面红耳赤，久不久还能在和外行人的讨论中得到启示，也从来不会以自己的经验去压制别人。

喜欢猛犬

duckbillclinton 发表于 2015-2-19 17:49
这个说法我同意，正规地做实验分析才是找到答案的正确方法。很多从业人员确实未必是科班出身，我自己从事 ...

支持，{:5_181:}

喜欢猛犬

感觉楼上上duckbillclinton 兄弟说的有道理，分析的很清晰，牛

我这么看的，看过一些研磨刀刃的微观图片，毕竟都说刀体上下这种的横向打磨的微锯齿保持性好于定角磨出来的刀刃微锯齿
楼主的大直要是略宽厚一些，避免某些地方受力时应力过于集中，结构好一些，按商家给的说法切应该不错，刀身既不易断刀刃也不爱伤；
刀身要是偏细窄一些还是顺切保险，刀身强度还是要保证的，不是有很多背敲和猛力劈砍时断掉的吗？当然有些也可能是因为暗伤或结构不好应力集中等等的原因吧
楼主要以研磨派手法为主，就单纯说一下这个方面我的看法好了，讨论为主说错勿怪{:5_175:}

29楼的话吓得我都不敢跳出来了，{:5_188:}我是臆想的，没事跑两步但不是运动员，现眼了{:5_173:}我觉得既然讨论都动动脑筋越讨论越明白嘛！大家求同存异，不要打击我这种半路出家的{:5_155:}

忘了最重要的了，祝大家新年快乐，开开心心

hustmseleon

上班的时候专门找了几篇文章读了一下，总体来说个人感觉切割方向应该还是和晶粒方向平行会好一些。

既然是户外刀，砍劈动作应该很多，对材料的冲击韧性要求应该是比较高的，请看文章一：

http://www.highstrengthplates.com/images/pdfs/understanding_impacts.pdf

虽然没有详细实验数据，但是结论很清楚的说明了切割方向和晶粒方向平行的样品表现出了更好的冲击韧性；

文章二的链接如下，这里：

https://www.forging.org/system/files/field_document/ColdForgingArticles.pdf

很长而且是英文文献，所以大家看重点就好，第二页的开头提到：



然后图片如下：




这篇文章讲的其实是锻压的齿轮和其他方式制作的齿轮的对比，这里拿出来讲因为就从受力面来讲的话图上的齿轮和户外刀的受力方向比较类似，均为冲击方向和晶粒方向垂直，而且表现出了更长的冲击失效寿命。因此从理论上来说我个人觉得还是按照长度来切比较合理一点。

好了，下面是我们在工作中的实际情况：




这是我刚刚在车间拍的照片，里面都是为刀匠切割好的材料。我们公司和美国很多著名刀匠都有生意往来，无论任何钢种，我们提供给他们的材料一定都是沿着长度来切割（事实上他们很多人在购买的时候也会提到要顺着长度来切割）。我们的副总裁也是学冶金的，已经卖了三十年的刀具钢材。老头子在提到这个问题的时候也很诧异为什么会有人建议沿着宽度来切割，因为这种情况在他的经验中完全没有遇到过。

我觉得供货商在推荐的时候更多考虑到的是户外刀具的磨损，因为假如顺着长度切割的话，刀具在使用的时候磨损的方向是垂直于晶粒方向的，因此磨损的会比沿着宽度切割的刀具要快一些，而且户外披荆斩棘什么材料都可能会遇到，因此刀具的耐磨性可能更重要，站在供应商的角度来看我觉得他们就是这么考虑的。而且在我举的文章2里面的齿轮，虽然冲击方向和晶粒方向垂直，但是磨损的方向实际上是和晶粒方向平行的，这一点和刀具有所区别。小弟在大学实验室的时候也有过很多的研究，一般来说磨损方向和晶粒方向平行的情况下工具的寿命是比较长的。

严格来说供应商的说法其实并没有问题，他们主要是站在提高耐磨性的角度上面，而小弟的论述更重视冲击韧性。刀具的刃口保持性其实是耐磨性和韧性以及其他因素的综合结果，但是从小弟工作上以及和刀匠合作的经验来看还是顺着长度来切比较保险一点。

以上就是小弟个人的看法，希望能有点帮助吧，祝大家新年快乐！

liu070809201

学习中，谢谢指教

hittitin

hustmseleon 发表于 2015-2-21 01:59
上班的时候专门找了几篇文章读了一下，总体来说个人感觉切割方向应该还是和晶粒方向平行会好一些。

既然 ...

猜测一下ID信息：
Name：Leon
Div：MSE
College：HUST
哈哈哈哈，好像蛮好玩的。

不死机械

一般钢只要400-500度保持10分钟。。然后升温到淬火温度保持5-10分钟.。。扒掉氧化层就好了 。。。不用这么较真。淬火时结构自会重新排列。纹路会打乱

闪过一把刀

为什么好多的工件要求求是锻打的原材料，原因就是因为扎的时候有一定的方向性，就象肉的纤维一样，大家这样应该可以理解。