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粉末冶金让大马士革钢低成本、工业化生产

编辑:Admin 点击数:473 时间:2017/7/11 22:11:42

传统的大马士革钢按成因主要分为两种:

  第一种是铸造型大马士革钢,也称乌兹钢,产于古代印度,其纹路是在铸造过程中结晶而成,现在工艺已经失传;

  第二种是锻造型大马士革钢,也称焊接纹路钢,其纹路通过两种或两种以上钢材折叠锻打而成。这种技术很普遍,世界各个地区都沿用,只是风格有所不同。

  但在现代,传统的大马士革钢无论是性能还是成本都已经不是不锈钢产品的对手。

  然而就在大马士革钢趋于衰退的时候,采用粉末冶金新技术的当代大马士革钢进入人们的视线,使人们对这种古老钢材的重新应用看到了希翼……

  用现代术语来说,只含一种成分的钢称为单体钢,含两种以上成份的钢称为复合钢,大马士革钢可以看作是呈现出明显纹路的复合钢。

  大马士革钢在古代是高档优质钢材的代表,因为对于单体钢来说,其硬度和韧性永远是一对不可调和的矛盾——钢材的含碳量越高,硬度越高,而韧性则越低,韧性低则易折、易崩口;含碳量越低,韧性越高,硬度低则使制成的兵器易弯、易卷刃。

  而大马士革钢由于是以两种钢材复合而成,因此在硬度和韧性上取得了很好的平衡。此外,大马士革钢所呈现的特殊纹路也是其独有的身份特征,不仅从外观上与其他钢材区分开来,其千姿百态的纹路还具有相当高的艺术效果,体现了不同地区乃至不同制编辑的独特风格。

  到了近现代以后,现代工业炼钢技术飞速发展,人们不仅能够控制钢材中碳元素的含量,还可以随心所欲地控制铬、钼、钒、锰、钨、硫、磷等元素的含量,这在古代是很难做到的。这些元素对钢材的性能起到至关重要的作用,如铬可提高钢材的硬度、强度,并提高其抗氧化性,形成不锈钢,而硫、磷是有害元素,在钢材中的含量越少越好。

  现代技术可使化学元素含量达到最佳状态,从而使得现代单体钢的性能远远超过了古代的水平。这种情况令大马士革钢日趋没落,在很多人眼里,大马士革钢已成为一种“中看不中用”的豪侈品,只能作为单纯观赏性的工艺品把玩。

  那么,假如使用两种现代单体钢结合制成大马士革钢,是不是性能更加优异呢?理论上说这是肯定的,但在实际操作当中,则面临着似乎无法克服的困难。

  由于现代优质钢材都是合金不锈钢,在高温条件下,钢材表面必然发生氧化,而现代优质钢中的铬、钨等元素的氧化物熔点高于钢的熔点,这些氧化物夹在欲锻合的两片钢材中间,使它们无法合为一体,即使勉强锻合,也会有“夹灰”的现象,层间结合得非常不紧密。

  因此,合金元素能使单体钢的性能大大提高,但同时又给折叠锻打技术制造了严重的障碍。有人采用的解决方法是在无氧环境下锻造,虽然可以成功,但这种方式成本太高,过程过于繁琐,操作难度非常高,难以得到广泛应用。

  粉末冶金 峰回路转

  正所谓“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”。20世纪后期,瑞典发展起来的粉末冶金炼钢技术,为大马士革钢带来了新的转机。

  1992~1995年间,瑞典 Erasteel企业在粉末钢的生产工艺流程中,增加了一套粉末分模的设备,使两种钢材的粉末通过这套分模设备按一层层的方式排列起来,再进行下一步的高温高压焊接过程,就形成了平行纹路的粉末冶金大马士革钢。

  现代炼钢技术可使化学元素达到最佳配比,但这种技术并非完善。传统的炼钢方法,是在炼钢炉中将液态钢水通过吹氩处理、真空脱气、炉外脱硫、直接加入某种金属等方法达到所需的各种元素的配比,然后进入由耐火砖或耐火水泥制成的钢包中,再由钢包中倒入铸模中冷却,得到钢锭。

  在这个过程中,炼钢炉中的各种化学元素分布是最均匀的理想状态,而进入钢包以后,温度开始降低,这时钢水中的同种成分就会发生聚集现象,等到进入铸模中完全冷却,聚集现象更加严重,化严成分就远不及在炉中时均匀了。有一句俗语说“炉中是金,包里是银,冷却是石”,就是这个意思。

  熔合制造 何为最佳

  从理论上说,利用粉末冶金制造大马士革钢,可以选取世界上任意两种钢材熔合,但实际操作还要有所把握的。原始钢材的选择一般要考虑以下几方面因素:

  性能互补——成分搭配应满足于特定的应用;

  热处理参数——两种钢材应该有相同或近似的热处理工艺参数;

  热工效应—两种钢材应有相同或近似的热工效应,以保证锻打或热处理时不影响钢材性能;

  腐蚀纹路—两种钢材中至少一种元素含量有足够差异,以保证纹路的清晰程度。

  应用前景广泛

  大马士革刀具钢材主要用于制作各种形式的刀具,不受其外形的限制。有人用它做猎刀,用来剥皮、割肉,都很好用;也可以做成小巧的折刀,随身携带,遇到割绳子、开纸箱等事情,都可以用它轻松搞定。

  虽然这些事用普通刀具也能完成,但用大马士革的感觉是不一样的。还有人用它制作传统的长剑,光是钢材成本就要几千元,极尽奢华之能事。

  现在,用粉末冶金大马士革首饰钢制成的饰品非常受欢迎。从风格上讲, “大马士革钢”这个名称显示着一种尚武精神,因此更适合男士佩戴。如果一个男士总是穿金戴银的,也许会让人感到少了一些阳刚之气,而佩戴大马士革钢的首饰不会有这种“副作用”。

  从原料价格来看,粉末冶金大马士革首饰钢和白银的价格相仿,但白银制作产品,边角料收集起来仍然能用,而大马士革钢的边角料就完全成了废铁,因此其成品价格则高于白银。

  粉末冶金大马士革首饰钢还可以用来制作各种各样的产品,如餐具,汽车、家具的配件,据说国内已经有手机生产商在准备开发大马士革钢的手机外壳。

(完)

  
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