问题

古代的战场刀剑到底考验材料的哪些性能?

回答
古代战场上的刀剑,绝非仅仅是一块砍来杀去的金属,它们是匠心独运、集大成于一身的实用艺术品。要让一把刀剑在残酷的战场上既能劈砍出致命的伤口,又能抵挡住敌人的反击,同时还能让使用者在漫长的征伐中不至于因为武器的损毁而陷入绝境,这背后是对材料性能的极致考验。

1. 硬度:斩断对手的利器

硬度无疑是刀剑性能中最直观也最重要的一环。战场上的刀剑需要能够轻易地切开对手的皮甲、布衣,甚至在幸运的情况下,能够破开一些基础的金属防护。

切削能力: 高硬度的刀刃能保持锐利的边缘,使其在砍击时能更有效地穿透或撕裂目标。想象一下,当一名士兵用刀剑砍向敌人的皮甲,如果刀刃不够硬,它很可能在接触的瞬间就被卷刃,失去战斗力,甚至成为自身的负担。
耐磨性: 战场环境复杂,刀剑可能需要经历多次的砍击、格挡,甚至是在粗糙的地面上摩擦。高硬度材料能更好地抵抗这种磨损,延长刀刃的锋利度和可用性。
材料选择与工艺: 古人深谙此道。他们并非简单地将铁矿石融化了事。对于刀剑,特别是精良的刀剑,常常会选用含碳量更高的“熟铁”或者经过反复锻打提炼的“钢”。而“淬火”工艺,则是将加热到特定温度的刀剑迅速冷却,使其内部碳原子重新排列,从而大幅提升硬度。但这里也有个度,过高的硬度也会带来脆性,后面会讲到。

2. 韧性:不屈的骨骼

硬度虽好,但如果一把刀剑像玻璃一样一碰就碎,那它在战场上毫无价值。韧性,就是材料在断裂前能够吸收能量的能力,它赋予了刀剑抵抗弯曲、折断的生命力。

承受冲击: 战场上,刀剑不仅仅是用来砍,更多时候是用来“格挡”。一声声清脆的金属撞击声,背后是刀剑材料承受的巨大冲击力。一把韧性不足的刀剑,在一次用力的格挡后,很可能就会出现裂纹,甚至当场断裂。
抗弯曲能力: 即使刀剑没有直接断裂,如果它的韧性不足,在格挡时过度弯曲,也会导致刀刃变形,失去劈砍能力,甚至会卡住敌人的武器,让使用者陷入险境。
“包钢”、“夹钢”等技艺: 古代匠人正是通过精妙的冶炼和锻打工艺来平衡硬度和韧性。例如,将硬度极高的“钢”作为刀刃,而将韧性更好的“熟铁”作为刀背或刀身,通过反复折叠锻打,使两种材料有机地结合在一起,形成一种“硬中有韧,柔中有刚”的结构。这样,刀刃能保持锋利,而刀身又能承受巨大的冲击而不断裂。

3. 强度:抗拉、抗压的脊梁

强度,通常指的是材料在拉伸或压缩时发生塑性变形或断裂的能力。在刀剑的使用中,它体现在对抗外力的抵抗程度上。

抗弯折: 尽管韧性描述的是断裂前的能量吸收,但强度则更关注材料抵抗永久变形的能力。一把高强度的刀剑,在受到弯曲力时,不容易发生永久性的形塑变。
抗扭转: 在某些复杂的战斗中,刀剑可能会承受扭转力。如果强度不足,刀身可能发生扭曲,影响其劈砍的精确性。
锻打的意义: 同样,反复的锻打过程,不仅仅是提炼杂质,更是让金属内部的晶粒结构变得更加规整、细密,从而提升了材料的整体强度。

4. 延展性:微小的弹性空间

延展性,是指材料在受力时能够发生塑性变形而不致断裂的能力。在刀剑上,它表现为一种微小的“弹性”能力。

缓冲作用: 在承受巨大冲击时,如果刀剑能有极其微小的延展,就如同给它增加了一个缓冲垫,能够进一步吸收能量,减轻断裂的风险。
恢复变形: 理论上,一把具有良好延展性的刀剑,即使在极端情况下发生了一点轻微的形变,也可能在移除外力后部分恢复。当然,在战场上,这点恢复能力可能微不足道,但它依然是材料整体性能的一部分。
低碳钢的优势: 相较于高碳钢,低碳钢的延展性更好。所以,在一些对韧性要求更高的部位,或者作为复合结构的组成部分,低碳钢(或者说熟铁)的运用是必要的。

5. 焊接性与锻造性:匠人的双手

材料本身的性能固然重要,但它也需要能够被人类的技艺所驾驭。焊接性和锻造性,是材料能够被加工成刀剑的“可塑性”。

锻造性: 顾名思义,就是材料在加热后能够被锤打、塑形的难易程度。古代的刀剑制作,很大程度上依赖于“火与锤”的艺术。如果材料在加热后容易融化、滴落,或者变形时容易产生裂纹,那么它就很难被锻造成一把精良的刀剑。
焊接性: 对于采用复合材料(如包钢、夹钢)的刀剑来说,不同材料之间的焊接性至关重要。如果两种材料在加热时无法有效地结合,那么整体的性能就会大打折扣。
热处理的配合: 所谓的“可加工性”,也包括了材料在经过热处理(如淬火、回火)后,其性能是否能得到预期的提升,而不是反而变得更加难以加工。

6. 耐腐蚀性(相对):战火中的坚守

虽然不如前几项关键,但在漫长的征伐和复杂的环境(雨水、汗水、泥土)中,一定的耐腐蚀性也能延长刀剑的寿命,保证其在关键时刻依然能够发挥作用。

避免锈蚀: 严重的锈蚀会侵蚀刀身,减弱其强度和锋利度,甚至可能导致断裂。
表面处理: 古人也会通过一些方法来提高刀剑的耐腐蚀性,例如打磨抛光、涂抹油脂保护等。但材料本身的成分,如碳、硫等元素的含量,也会影响其天然的耐腐蚀性。

总结来说,古代战场上的刀剑,是对材料性能的一种“系统性”考量。 它们不是单一性能的极致,而是多种性能在特定比例和工艺下的完美平衡。一把出色的古代刀剑,需要在保持足够硬度的同时,兼具优良的韧性,以承受战场上的每一次砍削与格挡;它需要足够的强度来抵御变形,同时又要具备良好的锻造性,才能被巧匠之手塑造成杀敌的利器。而这些性能的达成,无不凝聚着古代匠人们对金属材料的深刻理解和炉火纯青的技艺。

所以,与其说刀剑考验材料,不如说,古代的战场刀剑,是材料性能与人类智慧、技艺相结合的巅峰体现,是两者相互成就的产物。

网友意见

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参见刀友圈的各种神钢对决。钢材这块主要是硬度、保持性、韧性。

1,硬度即刃口区域的洛氏硬度。硬度影响刀具的保持性能,同时硬度高的刀具更容易对付铁甲片、骨骼、硬木等硬质材料,也不容易卷口。因此硬度是考验刀具钢材性能的最重要指标之一。

但是硬度过高也不一定好。一来淬火硬度过高会牺牲韧性,二来古代研磨条件有限,缺少刚玉磨料,金刚石磨料更是罕见,因此太硬的钢材会难以加工。户外求生刀不建议60HRC以上也是这个原因。


(这个测试中,铁匠大伯用菜刀斩断了一枚铁钉,以此证明菜刀刀口硬度ok。当然要知道大伯专业砍铁钉出货,刀法和力度都是熟门熟路了。)

2,保持性主要考验钢材的耐磨能力。这也是非常重要的指标。毕竟临空削纸不难,难的是暴力测试后还能凌空削纸。保持性与硬度有关,同时也与润滑性能等因素有关。

(《第一滴血》中特意突出了警官用蓝波刀削纸的镜头。这个镜头导致随后兰博刀大卖。其实这个测试不科学,因为即使是烂钢只要磨得够薄也能短时间非常锋利。顺便一提,原版蓝波刀的钢口很差。)

(附上一个比较科学的测试。在这个测试中,测试者用这把小刀削了半天木头,然后发现居然还可以剃毛。据此认为这刀不错,钢材各方面特别是保持性很好。)



3,韧性。韧性对刀剑的影响主要有两方面。其一是刃口在冲击时不容易崩口,其二是剑身不容易断裂。因此对于苗刀这种超长刀剑、或者飞刀这种使用工况十分恶劣的刀具来说,钢材韧性甚至比硬度还要重要。

韧性与钢材的弹性模量、极限、屈服强度、疲劳强度、冲击韧性等一系列性能有关。[1]

(在这个冷钢的广告中,测试者把日本刀固定在台钳上,掰弯到80度,松开,剑身恢复如初。说明剑身韧性良好,不会轻易被对面的大铁棍打成两节。当然,现代弹簧钢做到这个程度并不难。)


在具体的使用中,古代没有现代冶金学,不可能精确测算金相、屈服强度等数据。因此测试刀剑好坏往往是使用各种直观的测试,比如前面提过的凌空削纸/剃毛、砍铁钉铜板(记得杨志不?)、切缆绳、试斩草席生猪、切割硬木等硬物后观察刃口、弯折、横插在墙上然后猛男握着刀柄做引体向上等等等等——以此评估刀具硬度、保持性、韧性等各方面指标、从而判断这次大建是出货了还是又非洲人了。

(比如冷钢著名的的砍猪测试,类似于古代日本的N胴切。测试者接着把这两只可怜的猪猪砍成了N块,说明这把刀钢口不错,可以连续砍翻N个敌人而不会变钝。)

(刀商把双手剑放在横梁上,双手拿着两边做引体向上,体现钢口韧性。)


一些补充

1,所以说65锰吊打各种古代名刀。硬度保持性韧性都很优秀,堪称六边形战士。现代粉末钢吊打65锰,包括研磨难度和价格。

2,除以上所说以外,钢材如果能在使用中自然形成微锯齿,也是非常有用的特性。是的,我就是在说镔铁。

3,防锈性能也很重要,特别是对于颈刀靴刀这种需要在汗气中长期保存的刀具。但是古代连硬度保持性韧性都保证不了,防锈还是交给烤蓝和油脂吧。

4,一部分铸剑有关的传说是确有其事。比如一些地方的铁矿富含锰、钨等元素,再配合好的炭火就会比较容易出货。正确方法打造的镔铁武器在那个年代确实牛B,等等。但是大部分铸剑玄学比如人血铸剑都是玄不救非。

5,正如西风哥所说,测试是要看人的。同样的菜刀,知友砍就会崩口,大伯砍就轻松砍断铁钉。无他,大叔手熟,知友刀筋不正。所以很多测试只有在固定测试者时才有比较意义。

6,对于作为战场主力的长柄刀剑,木柄也很重要。这又是一个很复杂的话题……首先要保证直(不然就成了“弯曲的XX”),然后又要有弹性,又要不易开裂,又要有一定硬度,还不能有虫疤等明显缺陷。木材的处理也很重要,烤hui火处理的木棍虽然也能用,但是干燥不均匀容易开裂,所以有条件还是要自然阴干再涂上桐油。然后不同的武器不同流派要求也不一样。总之自己慢慢试吧。一根上好的长柄,就算是今天也不便宜。

祝各位知友早日收得神兵傍身。感谢大家的点赞关注支持。


致美丽善良又温柔,宛如智慧女神下凡的小管家姐姐:安全起见,本回答已自我举报,编号63785618。回复未违规。请高抬贵手,别又误伤。感恩。

参考

  1. ^ 本人非冶金专业,欢迎学炼钢的知友补充指正。当然如果能送俺一大根苗刀尺寸的粉末钢刀材更好。233

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