在歷史的進(jìn)程中，古人是怎么樣對(duì)厚壁管進(jìn)行熱處理的？

　　首先厚壁管化學(xué)反應(yīng)熱處理簡(jiǎn)介：

　　厚壁管化學(xué)熱處理，是把工件放在活性介質(zhì)中加熱，使工件在一定溫度下加熱，使一種或多種元素滲透到鋼表面，利用化學(xué)反應(yīng)，有時(shí)還用物理方法同時(shí)改變鋼件表面的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)，從而獲得優(yōu)于均質(zhì)材料的熱處理工藝。

　　近代離子氮化技術(shù)：

　　機(jī)器部件的故障和損壞主要發(fā)生在表面層，特別是在磨損、疲勞、金屬腐蝕、氧化等條件下。

　　鋼構(gòu)件經(jīng)過(guò)化學(xué)熱處理后，可視為一種特種復(fù)合材料。心部分為原始成分的鋼，表層為合金元素滲透材料。心和表面之間是緊密的晶形結(jié)合，這比電鍍層等表面復(fù)層技術(shù)得到的心、表部位的結(jié)合要好得多。

　　離子滲氮爐

　　厚壁管化學(xué)熱處理有很多種方法，通常以滲碳、滲氮、滲硼、滲硫、滲鋁、滲鉻、滲硅、碳氮化、氧氮化、硫化物、碳氮化、氧氮化、硫氰化、碳氮化、硫氰化和碳，氮、硫、氧、硼、硼、五元共滲、碳、硫、硫、五元共滲、碳、硫、硫、硫、五元共滲、碳、硫、硫、硼五元共滲、碳、硫、硫、五元共滲、碳、氮、氮、硼、硼五元共滲、碳、氮、氮、硼、古老化學(xué)熱處理：

　　傳統(tǒng)的化學(xué)熱處理主要是通過(guò)表面滲碳、滲碳增氮、表面氮化等方法來(lái)改變?cè)O(shè)備表面或局部的化學(xué)成分和力學(xué)性質(zhì)。

　　表面滲碳：

　　西漢中葉的劉勝佩劍和錯(cuò)金書刀中碳含量最低的0.05%，至少可以推到漢魏時(shí)期。最大值為0.150.4%，表層碳含量為0.6%以上，漢魏時(shí)期洛池地區(qū)有一把鐵鐮，刀刃中央珠光體的體積是30%，邊緣則是70%。很明顯，這種碳分布是由表面滲碳引起的。

　　圖3錯(cuò)誤刀片上高碳、低碳層狀組織，夾雜在高碳層。

　　通過(guò)對(duì)劉勝錯(cuò)金書刀的分析，還發(fā)現(xiàn)材料加工層間界面的夾雜中含鈣、磷、鋁含量較高。據(jù)稱，這很有可能是使用了骨粉催滲劑。若真如此，則說(shuō)明我國(guó)的滲碳技術(shù)在漢魏時(shí)期已達(dá)到較高水平，使用催滲劑提高滲碳效率。

　　根據(jù)《春秋》中的《吳越族譜》記載，鑄劍師干將在劍的時(shí)候，遇上“金鐵之精不銷賣”，于是就把刀子放進(jìn)爐子里，然后把刀子放到爐子里去，然后再用刀子把刀子放進(jìn)爐子里。于是就成劍，陽(yáng)曰干，陰曰莫，陽(yáng)做龜，陰作漫理。楊寬認(rèn)為這是一種以海綿鐵為原料的固體滲碳材料。

　　據(jù)所述“三百人鼓鼓鼓裝”的情況看，更象一種液體滲碳，可視為劍身之物，在以鐵屑及含碳質(zhì)材料為主的鐵屑滲劑中加熱，使?jié)B劑中的鐵達(dá)到一定含碳量后，便形成了“金鐵粉”，在這個(gè)時(shí)候，鐵屑、鐵屑與含碳物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)而熔化，“濕”是指鋼坯沒(méi)有完全熔化。

　　在當(dāng)時(shí)的加熱溫度限制下，用三百人鼓鼓炭可以使煉鋼的爐溫達(dá)到鐵碳合金熔點(diǎn)的下限1148℃，這樣就可以使鐵碳鋼鑄坯獲得滲碳效果。

　　自那以后，《吳越春秋》描寫的事件很可能成為液體滲碳的開端。很明顯，液態(tài)滲碳是當(dāng)時(shí)金屬加工技術(shù)上的一項(xiàng)突破，無(wú)怪乎前人對(duì)這一重彩的贊美。但在此之前，工匠采用了一種沒(méi)有熔融滲碳劑的固體滲碳方法。文件分析認(rèn)為，干將制劍事件發(fā)生于公元前6世紀(jì)。

　　明宋應(yīng)星在《天工開物》卷十中曾談到一種造針的滲碳工藝：先用冷拔法，將“熟鐵”剪成針的雛形，再將坯料“入釜慢火炒，炒后將土末入松木、火矢，大豆豉三物（yán）蓋，下加火蒸，二、三次，插在它的外面，以試火候。它的外針著手捻成碎，則卜針火候均足，再以開封入水健之”。

　　這種“慢火煎煮”的目的主要是消除坯料成型時(shí)的內(nèi)應(yīng)力。松木火矢是固體滲碳劑的一種，同書中還指出，木為“非閉穴火”所得木材為主要滲透劑；豆豉含碳物為輔助滲入劑，土末為分散劑，對(duì)防止碳物質(zhì)相互粘結(jié)、炭黑析出有一定作用。

　　宋應(yīng)星天工開物中抽線琢針圖

　　松木屬、火矢、豆豉為滲碳劑?！赶禄馃?，即滲碳過(guò)程。介紹了一套滲碳工藝操作：滲碳在釜內(nèi)進(jìn)行，有消除應(yīng)力作用，滲碳效果好，有指示針。這種工藝比較成熟。我國(guó)民間稱之為“燜鋼”，到了近代，仍盛行于河南等地。

　　宋應(yīng)星所說(shuō)的滲碳劑是固體，我國(guó)在明清時(shí)期還用過(guò)膏狀的滲碳劑。其過(guò)程是，首先將滲碳劑涂在需要處理的地方，然后進(jìn)入火爐，加熱，使碳滲入。

　　《實(shí)用圖篆》卷十五制造類。點(diǎn)鐵條上寫著：“點(diǎn)鐵塊，亂發(fā)俱鍛灰，細(xì)研，水調(diào)涂刀，燒紅，磨之。”這一所謂的“羊角灰”，“亂發(fā)灰”都含有碳酸鈣，作為滲碳劑，研磨后與水調(diào)和成膏狀，涂在刀口就可以“入火”加熱滲碳。

　　清代，陳克恕《篆刻堿度》七“煉刀”條寫道：“以酒蟹鉗嘴燒灰。還用蟹酒調(diào)涂刀口，入火燒紅。并用蟹酒淬之。先用火鉗把灰漿先燒紅。變得愈加堅(jiān)固。依法煉畢，仍以火燒紅寸許，取懸火上，加昂出火。漸退，相其口上色變白，不可亦淬，變之脆。即轉(zhuǎn)黃轉(zhuǎn)青，淬火適度可用。為時(shí)已晚，則已過(guò)矣”。這是一種滲碳劑，它是一種催滲劑，一種淬火用的蟹酒。全過(guò)程分兩步進(jìn)行：一是通過(guò)對(duì)滲碳淬火反復(fù)加熱以提高刀刃硬度；二是回火處理，根據(jù)回火的顏色判斷“適度”火候。

　　滲碳增氮：

　　表面滲劑一般為部分含碳物，主要是對(duì)工件進(jìn)行滲碳；另外，明清時(shí)期，人們又用一種含氮滲劑，也常制成膏狀，在滲碳時(shí)，可能會(huì)有一些氮滲入，即現(xiàn)在所稱的碳氮共滲。

　　“以菊花鋼鍛為刀，刀成乃礪，以劍為劍，以劍為劍，劍為劍，劍為劍，劍為劍，劍為劍。以桂（ruó）皮灰、牛角灰、鹽、鹵砂為原料，每一分、五分、五分。在燈上燒紅為度。一法加甘草水，一法加醋，一法加醋。復(fù)煉如前。藥到病除。煉鋼再磨”。這種「煉」就是加熱來(lái)進(jìn)行碳、氮共滲。"菊花鋼"是有花紋的鋼。

　　在這種工藝配方中，若皮是禾本科竹的一種皮革，其毛皮和毛皮燒制的灰分中含有一定的碳成分，當(dāng)然含有氮。然而，綠鹽的主要成分是氯化鈉，這是滲碳處理中常用的促進(jìn)劑。綠鹽主要用于熔化。因此，它可能屬于固液化學(xué)熱處理。

　　該工藝中鹵砂是氯化銨的一種天然產(chǎn)品，含氮，主要目的是提供氮?dú)?。?fù)煉如前”主要是循環(huán)式滲透，根據(jù)“燒紅為度”，可判定其溫度在650℃左右，因此，此工藝極有可能是一種氮碳共滲。

　　表面滲氮：

　　同時(shí)，在對(duì)古代文獻(xiàn)進(jìn)行分析時(shí)，也發(fā)現(xiàn)古人只對(duì)含氮物質(zhì)進(jìn)行處理。「嘗新刀者，以豬的牙齒、發(fā)與硝，各燒灰等分，調(diào)畫刀口，如鋸齒，號(hào)為馬牙鋼。它是一種硝酸鉀，屬于氮源原料。

　　《物理小識(shí)》卷八“器用類淬刀”條說(shuō)：“以醬同硝涂刀，鍛赤淬火。

　　在這種情況下，可主要用作粘合劑，而硝酸鉀為主滲劑。當(dāng)加熱時(shí)，硝酸鉀分解成亞硝酸鉀，而亞硝酸鉀加熱時(shí)會(huì)使氮原子發(fā)生沉淀，所以硝酸鉀可以用作氮化鉀。用硝酸鉀作滲氮?jiǎng)┑臐B氮法目前仍有替代氰化鹽用于液滲氮。其中，氯胺和硝酸鉀的有效作用溫度都在700℃以下。如果以鹵砂和硝為滲入劑，古人一般不采用700℃以上的處理方法，因此，上述處理可考慮為氮化作用。

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