资源描述：
《古代大马士革钢刀锻打花纹形成机制的理论分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、古代大马士革钢刀锻打花纹形成机制的理论分析罗海文①*,潜伟②,董瀚①①钢铁研究总院,北京100081;②北京科技大学冶金与材料史研究所,北京100083*联系人,E-mail:haiwenluo@126.com2013-10-24收稿,2013-12-05接受,2014-01-22网络版发表摘要古代大马士革刀锻打花纹的形成机制是历史上持续数个世纪的热门研究课题.本文简要回顾了乌兹钢、大马士革刀和大马士革花纹的历史背景,着重介绍并分析了当代冶金研究者关于大马士革花纹形成机制的主要观点和争论,并通过现
2、代冶金学热力学和动力学理论模型分析了这些主要观点,包括定量计算钢中S,P,V等元素对Fe-C平衡相图的影响、慢速凝固时S,P等元素的偏析程度、以及V(CN)粒子在奥氏体相区的析出温度以及V在高温退火时扩散动力学等.据此,作者提出了关于古代大马士革刀中花纹形成的新机制,即由于乌兹钢锭中凝固时S,P的枝晶偏析,导致凝固后偏析区形成硫化物或磷化物,尤其是磷的枝晶偏析导致冷却时形成磷化物与渗碳体的共晶体,在后续的加热过程中不能完全固溶,并作为热锻时析出的渗碳体析出核心,从而决定了渗碳体在大马士革刀中的空间
3、分布和最终的大马士革花纹的形成.关键词大马士革刀大马士革花纹乌兹钢渗碳体凝固枝晶偏析关于大马士革刀的可靠记述最早可追溯到公元540年左右,但是它的使用据信在公元前323年亚历山大大帝时期就开始[1,2].之所以称为大马士革刀,是因为十字军东征时,欧洲人在大马士革第一次遇见了阿拉伯人所使用的弯刀.该刀是由古印度地区通过坩埚熔炼所得到的超高碳钢铸锭锻打而成.这一地区超高碳钢铸锭在历史上有时被称为“乌兹钢”,它通过贸易形式流通到中东地区.普遍认为大马士革刀锻打技术最好的铁匠是在波斯.这种独特的刀类随着
4、伊斯兰民族的迁徙在其居住地均有发现,现世界各大博物馆也有不少收藏.在位于Ranchi的印度钢铁协会的世界最大研发实验室的客厅中,有一幅画讲述的是古印度国王普鲁向亚历山大大帝问候的场景(公元前330年)[3],普鲁为表敬意向亚历山大赠与了他的佩剑,而在他的身后,他的仆人还携带有一个金色的盒子作为额外的礼物,在盒子里装着当时只有古印度特产的、比黄金还贵重的乌兹(Wootz)钢锭.近代俄罗斯伟大诗人普希金1830年在他的诗里这么描述过乌兹钢[4]:“金子说,一切均是我的;布拉特(乌兹钢的俄语名)说,一
5、切都是我的;金子说,我可以买下一切,布拉特说,我可以夺到一切”.由此可见大马士革刀及其钢料的制造代表着当时顶级军事技术水平.大马士革刀的显著特征是刀的表面有着纷繁的水纹状图案(图1).在刀面处水纹状图案有时呈玫瑰状,其间有贯穿表面的条纹,称为穆罕穆德梯,这些图案通常称之为大马士革花纹.该刀具有出色的强韧性,在战斗中几乎从不断裂;刀锋锐利无比,可在空中将丝绸一分为二而毫不费力,长久以来被认为是冷兵器时代的兵器之王.很长时间以来,中亚、欧洲的人们普遍相信该刀的出色性能与其表面的大马士革花纹相关,因此欧
6、洲的铁匠曾经努力地尝试打造出具有大马士革花纹的刀,但都没有获得成功.这激励着许多欧洲人研究这一神秘领域.其中最出引用格式:罗海文,潜伟,董瀚.古代大马士革钢刀锻打花纹形成机制的理论分析.科学通报,2014,59:833–842LuoHW,QianW,DongH.TheoreticanalysisonthemechanismofparticularpatternformedontheancientDamascussteelblades(inChinese).ChinSciBull(ChinVer),
7、2014,59:833–842,doi:10.1360/972013-1172Calc(用于热力学计算)和DICTRA(用于动力学计算)以及钢铁材料数据库TCFe7(热力学数据)和MOB2(动力学数据),对大马士革钢中的杂质元素对Fe-C相图的影响、凝固偏析程度和溶质原子在高温下的扩散动力学等进行了定量计算,并根据计算结果,提出了大马士革花纹形成的新机制.图1典型的大马士革刀及其表面水纹状图案(穆罕穆德梯和玫瑰图案)以及对应的组织(成排排列的大量渗碳体颗粒)[5]名的就是电磁学之父法拉第(Mich
8、aelFaraday)[1],他在1819年详细研究了大马士革刀,并将其出色性能归因于该钢含有的少量硅和铝.尽管这位著名的科学家的这一结论是错误的,但鼓舞了法国人RobertBreant在巴黎继续进行研究[1].他在钢中加入各种不同的元素进行测试,据信早在1821年,Breant就认识到大马士革刀的高强韧性和独特图案主要是由于它的高碳含量,并鉴定出大马士革花纹白色区域是高碳含量区域,而深色基体只是铁基体.他经过多次尝试,能够复制类似大马士革花纹的刀剑.但是限于当时的冶金知识水平,他
