手工刀具鍛造簡易攻略

2020-12-13 萬有引力匠心社

手工生產刀具的方法有很多。手工制刀不是只有打鐵一種方法,基本製法至少就有四種:

▲人生三大苦活之一——打鐵Strike iron
▲若有美女陪伴打鐵,打鐵何苦之有?

自從人類發現鐵礦、隕鐵以來,嘗試研發鋼鐵器的初期,應該利用的是鑄造方法,後來發現要想製成鋒利的刀具,就要用含碳量約0.6%~1%的且雜質含量很少的鋼鐵。將富鐵礦石高溫熔化成為液狀(鐵水),所需的溫度要達到1300℃以上,而鐵、碳元素在高溫條件下容易燃燒氧化,所以鑄件的含碳量很難精確掌握。

在高溫條件下,空氣、砂泥質模具中的水分解離成氫氧離子,氫離子滲入鑄件後,會嚴重降低鑄件的質量,鑄成的刀劍可能掉在地上就斷成了三截,很難具備理想的功能和性能。

農具犁頭、生鐵鍋、水溝蓋板等鐵製品,直到今天仍然使用鑄造的方法,是因為生鐵熔點低,鑄件不需要韌性,所以持續使用廉價的鑄造法生產。需要硬度、韌性、強度、耐衝擊等等複雜物理性質的刀劍,幾乎在發明鐵器不久就放棄了鑄造法,除了印度的烏茲鋼(鑌鐵)例外(採用類似鑄造後再鍛造)。所以現在只有文學家用鑄劍這個詞,有認知概念的玩刀刀友說的都是鍛造刀劍。

▲中國戰國時代的青銅秦劍,均為同一模具鑄鍛,很適合戰爭時期大規模快速生產,青銅(銅、錫、鉛三者按比例混合)可在800℃左右就能熔化,故木炭鑄鍛青銅冷兵器比鐵製冷兵器簡捷

手拿鐵錘反覆鍛打敲擊熾熱的鋼鐵塊,使鋼料呈現期望的造型,反覆將鋼料放入爐火中燒紅再鍛打成型的方法,就是民間俗稱的打鐵,書面專業術語稱為鍛造。鍛造所需的熱源,而美國刀匠喜歡用瓦斯爐,少數使用重油爐,其優點是不是產生一些異味、煙塵汙染環境而擾鄰,並且適合在通風的地下室鍛打,這樣噪聲會小很多。

▲美國刀匠做的瓦斯爐,外觀是不是很像潛水艇?

早期人類應該是用木炭作為主要的熱源。通常採用緊緻的硬木,如核桃木、橡木、樟木、楓木、櫸木、樺木、榿木、赤楊等等,即使燒成木炭也沒有過多孔隙,質地很緊緻,用這種木炭燃燒產生的熱效率差,很難超過900℃以上,而松木炭質地鬆軟而多孔隙,容易燃燒,產生的溫度可以高達1200~1300℃.在現在至今恐怕不容易找到鐵匠師傅設計製造的鍛鐵炭爐了。

▲打鐵顯示高溫中鍛鑄鋼鐵常常火星四濺,畫面顯得美麗又有震撼力,這說明這鋼鐵坯件含碳量太高!若是含碳量低於1%的高碳鋼,並不太會噴濺火星,否則可能是鋼鐵坯件過熱

▲打鐵三夾鋼工藝能夠打出好刀

唐宋八大家之一的宋代蘇轍(文學家蘇東坡的親弟),曾經撰文記載:中國北方用煤、南方用木炭,南方鋼鐵質量優於北方。有些煤礦含有較多的有害物質——磷、硫,滲入鋼鐵後容易導致鋼鐵產生裂縫,即鍛造過程中出現熱裂現象,以及刀口容易崩掉小缺口的冷脆現象。日本的鐵匠和刀匠們在鍛造古法日本刀,迄今仍堅持使用剝掉樹皮後燒製成的松木炭的傳統鍛造法。樹皮和樹木形成層含有大量的磷和硫,古人雖不知其化學成分,卻在長年的實際鍛造過程中積累了相關的經驗,克服了有害物質影響刀劍質量的這一問題。

▲這是採用報廢的摩託車鏈條材料鍛打制刀,鋼鐵毛坯從爐火中取出鍛打時,必須觀察其顏色是否變成發亮的黃橘色,英文稱為bright cherry。此時鋼塊變得很柔軟,容易塑型,等到顏色漸黯變成牛肉暗紅色,雖然還是可以鍛打,但薄坯件容易因此隱藏裂縫,留下隱患

鍛工所需的工具,鐵榔頭、鐵鉗類、大型鐵砧容易買到,而省力的打鐵空氣錘(代替人力的電動錘鍛機械,即工具機千斤錘這類),恐怕得從工具機廠或大型五金店裡預購,如果想深入鑽研鍛造刀具,有興趣的讀者可以網購《鍛工學》、《鉗工學》等五金加工之類的高職教科書可供參考,其中知識絕對遠超過花半輩子打聽到的鐵匠師傅秘訣還要多。

▲工具機廠的空氣錘鍛打鋼鐵坯件,操作省時省力,市場售價數千元一臺

工業革命以後,多數的煉鋼爐改用焦炭。工業革命初期,德國人發明了密閉加熱無煙煤,最後獲得「殘渣」高純度碳,表面上看起來黑得發亮、密布微小孔隙,容易接觸空氣燃燒。用這種不含磷、硫等雜質的高純度碳來煉鋼,獲得的優質鋼鐵含磷硫量極低。焦碳推動了工業革命的發展。

在中國南方比較偏僻的鄉下,鍛造農具、柴刀、菜刀的打鐵作坊,靠近森林的多採用木炭,而靠近都市的都用焦炭,兩者成本都相差不多,選擇不同的鍛造熱源主要是考慮到運輸成本及環境汙染影響。

▲焦炭外觀

▲焦炭經過鼓風機送氧助燃之後,可發現燃燒的碳變成發亮的櫻桃色,此時溫度夠高,可以迅速軟化鋼鐵坯件進行鍛打制刀胚

打鐵,專業術語稱為鍛造,英文稱為Forge,這個意詞其實泛指多種與煉鐵有關的行業,與本文有關的有Drop forge,在中英裡大致上沒有細分。用鐵鉗夾住一塊燒紅的鋼料放入模具,以油壓千斤錘連續多次鍛造成型,嚴格來講是「熱鍛」,由於鍛造時間短,金屬表面氧化層薄而少,後續進行表面處理較有效率,鍛造鋼件失碳少,通常能獲得較高質量的鍛件。但是嚴格說來以上的工法不是Drop forge。這個英文專門用語應該翻譯為「熱壓成型」,通常指採用生產線連續生產,即鋼坯經過加熱後,放在模具中,模具以數百噸的壓力將鋼坯一次擠壓成型。

以上這兩種工法是不是很難細分?這兩種方法在戰爭時期被廣泛大規模使用製造武器,因為採用這兩種方法可以迅速大量生產刺刀及其他武器零件,幾乎數秒種就能生產一件,極少數大型民間刀具廠也能用於生產廚刀等。一般來說,高質量的高檔手工玩賞刀很少以這種工法如此大量生產,何況多數的不鏽鋼材並不適合熱鍛或熱壓成型。熱鍛、熱壓的鋼鐵器具,因為所使用的材料受到過強大壓力的均勻擠壓,性能非常堅韌,現代消防隊用的消防斧頭、軍隊用的工兵鎬以及扳手等都採用的就是這種生產方式。

▲採用報廢的摩託車鏈條鍛打手工刀——又硬又韌,不知你見過嗎

▲手工鍛打刀具

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