Re: [請益] 青銅製兵器與鐵製兵器?

[Mystiera (有毒物質M)]

※ 引述《iio (￾N)》之銘言：
: 這......也不能算是非常正確的理論
: 手邊沒有物理冶金的課本....
: 所以沒有辦法引經據典的講出一堆理論出來 不過 大致說一下我腦海理還留著的
: 鋼的基本定義是鐵+碳這種混合物的泛稱
: (工業革命後又隨著人類的技術添加了各種金屬)
: 碳的比例有個限度在(忘了是.27wt%還是2.7wt% 這得去查書)
: 超過了 那就叫生鐵 生鐵很硬 很脆 不耐用
: 含碳量非常少的 稱為熟鐵 熟鐵很軟 延展性好 但是強度不夠
: 在這兩者之間的 就是鋼
: 鐵和碳會形成各種相 然後 隨著鐵碳之間形成的結構和含量不同
: 有各種鐵的名稱  ex.Ferrite Austenite Banite Martensite......
: 每種鐵都有他自己的物理特徵......
: 恩........扯遠了.......古代的鐵匠們肯定不會有現代的冶金知識....
這是比較精準的理論沒錯，不過我不想寫的這麼複雜^^
想要深入探求原理背後的原因的話，我推這篇:)
純鐵的軟因為是金屬鍵結沒有結晶之間的耦合力相對強度較低
高碳鋼的脆則是失去金屬鍵只靠結晶耦合，就容易由結晶方向斷裂
只要是晶體都有這種結構上的弱點（是不是叫做解理啊？）
介於中間的材料則是互補其缺點而成為「現代」非常汎用的素材
至於為什麼強調現代，跟後面一起來看
: 古代不斷的反覆敲打 鍛造
: 我能想到的效果大概有幾個
: 1.將碳均勻化的分佈(均質化):古代剛從鼓風盧拿出來劍 碳的含量是很不均勻的
:   這對兵器的強度影響很大
:   (一把兵器有些地方太硬太脆 有些地方卻又太軟 顯然不會是把好兵器)
:   在鐵的annealing溫度下反覆敲打拉長 再折疊 再拉長的過程中 可以將碳均質化
: 2. 將大晶粒 搥打成小晶粒
:    在機械強度上來講 很多的小晶粒的強度會好過大晶粒材質的強度
:    大晶粒通常是硬而脆 相對小晶粒會有比較好的韌度
: 3. 增加defect 將大陀的碳粒打散均勻分佈在鋼中 也會增加機械強度
:    打個比方來說 腳踩在玻璃珠上會因為摩擦力太小而滑倒
:    但是把玻璃珠打成玻璃砂 摩擦力就會變大 踩在上面也不會滑倒了
以及讓結晶方向因物理外力而趨於一致以增加指向性強度的效果
: 還有 在古裝劇中看到的 把劍燒一燒打一打 再放進水裡冷卻
: 然後再燒 再冷卻 那是反覆的annealing和quench的過程(也包括了鍛造的過程)
: 一樣是為了增加機械強度
淬火的機械原理不只這麼簡單......，自然冷卻就有這樣的作用了
泡水的理由跟合金特性有關的樣子，不過這部份我也說不清楚有請大師講解
: : 阻止晶格造成變脆的技術則是鍛造，鍛造過的鐵具有鑄造金屬所不能發揮的韌度
: : 因此耐用度會大為提昇，但是光熱度就搞不定了，於是早期的鐵器還是使用鑄造
: : 由農具什麼的開始普及
: : 所以銅和鐵作成農具強度上應該相差不大，問題是價錢影響普及度
: 差不少喔 雖然古代沒有現在的冶金技術
: 可是如果你去查查工具書 鋼的機械性質是好過於青銅的
: 而且鐵可以隨著不同的製造方式 製造出機械性質相差非常大的鋼
: 這種優勢也是青銅沒有的
請先考慮此時間點的工藝技術，鑄造&初期鍛造技術的鐵如何能夠達到現代「鋼」的
機械特性？當然我發文也欠缺謹慎，應該特別寫明銅鐵器時代交接點的，這樣就不會
有逐行斷章取義的誤解^^
: : 銅的數量應該不足以普遍用於農具，因煉鐵技術而被取代的應該是木製的工具
: 青銅相對於鐵的優點在於好製造
: 但缺點則在於產量
: 鐵的冶煉牽涉到複雜的氧化還原反應和各種相中鐵的機械性質
: 青銅的製造就相對簡單
: 銅:自然界中大部分以純銅的形式存在(通常和金 銀共生)
: 錫:來自於錫礦石
: 再來 還有一個重要因素：溫度
: 青銅鎔點:800度
: 鐵的鎔點：1500度
: 別看只是七百度之間的差別 其實難度是非常高的
: 800度 木柴燃燒就可達到了
: 但是1500度在遠古以前 卻是很難製造出來的高溫
: 直到鼓風爐的發明 人類才有辦法用簡便的形式製造出如此高溫
: 也才有辦法開始使用鐵器
: 人類(還有兵器)自然而然的淘汰掉青銅而選用鐵器
: 鐵取代的應該是青銅 而不是木頭
我想並沒有足夠數量的青銅農具可以來被鐵器取代，原句意義應為
「在農具材料史上，鐵器的出現主要是取代木製器具的角色」
而非
「在材料史上，鋼鐵取代的是木頭而不是青銅」
在能夠作成武器的技術出現之前，鑄造鐵是足以作成工具使用以增加耕地面積的
但此時戰場上的裝備仍為青銅器，比較不能說鐵器取代了青銅器

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◆ From: 140.112.248.57
推 iio:很晚了...Orz 我先說quench的部分
→ iio:的確 從TTT curver來看 不同的冷卻溫度速率會形成不同的鐵
→ iio:但是"quench"這個字通常是指"快速冷卻"
→ iio:降溫的速度非常大(有個值 但我忘了) 通常是水浴 油浴
→ iio:甚至是冰水浴 的冷卻效果(對鐵而言 通常啦~)
推 iio:至於強化機制的深入討論 那得去翻書了.....我腦袋裡記得的不多
推 Mystiera:不過這和原命題時代無交集，並且和工具替換毫無關係
→ Mystiera:並不是質疑版友的知識能力，淬火的效果也的確顯著....
推 midas82539:日本的冶鐵技術有用您講的curver方式，是用水浴的說
→ midas82539:他們是把打刀用粘土包住刀身，露出刀刃後→丟鍋爐加熱
→ midas82539:接著靠經驗觀察刀刃溫度呈現適當色度後→立刻放入冷水
→ midas82539:當然露出的刀刃是立即冷卻，然包覆刀身卻是慢慢冷卻
→ midas82539:最後整把刀結構不但不脆而柔軟，且刀刃變的更加堅硬
→ midas82539:不過嚴格來說這是鎌倉時代(12th)的技術了  稍微補充之