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锻造瓦雷利亚钢

《权力的游戏》系列风靡一时的现实版的瓦雷利亚钢有没有可能颠覆汽车行业?

如果你向任何一位《权力的游戏》粉丝问起瓦雷利亚钢剑,他们的眼中会闪现一抹神秘,将其形容为一把异常锋利、充满力量且轻盈、并镶有独特纹饰的剑。John Verhoeven教授是一位退休的爱荷华州立大学冶金学家,如果你问他有关大马士革钢剑(瓦雷利亚钢的现实版),你会得到相同令人神往的回答。

“大马士革钢剑的表面镶有美丽、独特的波纹造型,” John Verhoeven教授说道。“如果你从钢剑上切一块,放到显微镜下观察其微观结构,你会看到许多层的碳化物颗粒就像银河系一样,微小的白点都簇集到一起”。

无论是在现实中还是在小说中,Verhoeven教授和众多史诗奇幻剧的粉丝都对这些传奇武器非常着迷。但对于Verhoeven教授来说,这激起他满腔热情,将毕生精力致力于解开大马士革钢剑的谜团。

“大马士革剑制造于公元3世纪到17世纪之间,手起剑落间,可将丝巾划为两半。”

大马士革剑制造于公元3世纪到17世纪之间,手起剑落间,可将丝巾划为两半,这也是其因刀刃锋利而备受推崇的原因。然而,Verhoeven教授指出最后一批大马士革剑铸造于19世纪初,很快大马士革钢的铸造方法就绝迹了。

有报道称大马士革剑是使用印度小饼状“乌兹”钢铸造的。印度铁匠会在一个密闭坩埚里熔化铁和含碳材料,如木炭。冷却和硬化的铸模随后会运送至大马士革,那里的铁匠会对其进行加热和锤打,最终铸成具有锋利无比及独特造型的大马士革剑。

 

 

再现大马士革钢剑

Verhoeven和铁匠Alfred Pendray在20世纪八十年代花了大量时间寻找复原这种铸造过程的方法。到了九十年代,他们通过锻造和循环加热工艺,以及采用一种叫做Sorel的铸铁,打造传说中的大马士革钢剑。

“Alfred Pendray的工艺与我们所了解的古法一样,” Verhoeven说道。“我一直不知道正确的铸造方法,直到1996年,我才意识到这种钢里面含有钒杂质”。 作为冶金学家,Verhoeven指出杂质,比如钒,可以在铸模锻造时促使碳化物对齐,形成条带状花纹。

尽管成功打造出了类似传说中的大马士革钢剑,但是Verhoeven并没有从铁匠采用的锻造方法中取得更大突破。这位冶金学家表示他们的工艺耗费大量劳力和能源,“打造一把这样的钢剑的成本非常昂贵,商业化道路还很遥远”。他补充道。

 

开发超强韧性钢

但是Verhoeven并不是唯一一个狂热追求大马士革钢剑的人。早在20世纪八十年代,斯坦福大学的Wadsworth 和Oleg Sherby教授就研发出了极具强度、延展性和韧性的超高碳、超强韧性钢。

这两位教授采用这种超高碳钢制造出了环形零件和锥形齿轮,他们深信这种材料在结构应用方面有很大的潜力,包括汽车应用方面的超高强度板材。

这是在这个时候,两位研究学者也意识到他们研发的材料成分和大马士革钢剑所含成分碰巧相吻合。考虑到这点,他们利用粗化和聚集的铁碳化物制造超级韧性钢的“ Wadsworth-Sherby”方法来打造独特的条纹。

他们的研究成果登上了报纸头条,向大众展示了古老大马士革钢剑的超级韧性。但是,他们同样认为,商业化道路还很遥远。

正如美国本土Battelle研究所的现任主席Wadsworth所说:“瑞士Sulzer Brothers公司打算将我们环形零件商业化,但是最终还是放弃了这个项目。”

“我们尽全力尝试了一切可能,但高企的成本难以承受”,他补充道。

 

 

新的发展阶段

那么,对于“乌兹”钢和类似大马士革钢的刀具在商业化道路上的尝试失败,是否意味着这两种刀只能存在于史书中? 然而,考虑到各界对这种刀具的持续关注,也许不会。

在过去的几年,北京钢铁研究总院的中国学者通过采用冶金计算软件分析大马士革刀刃的数据, 提出了剑身花纹背后的铸造机理。

“将现代的汽车用钢的性能与古代用于制造大马士革钢剑的超高碳钢进行比较, 进而观察采用这些超高强度的钢材是否可以减轻汽车的重量,这将是一件有趣的事情。”

与此同时,德国德累斯顿工业大学学者采用透射电子显微术观察真实的大马士革刀中是否含有碳纳米管,他们相信这种材料与剑身表面的条纹有关。

瑞典梅拉达伦大学学者已经制造了几种刀片,然而瑞典的Damasteel公司制造的大马士革花纹钢主要用于刀具制造。英国华莱士收藏馆的考古冶金学家正在利用种子衍射分析(一种无损扫描方法,对材料具有高渗透性)来测定部分古刀的铸造方法。

Wadsworth乐观地认为,随着时间的推移,类似大马士革钢的钢铁材料的应用领域将会扩大,而不仅仅停留在对古老刀具的简单复制。 “将现代的汽车用钢的性能与古代用于制造大马士革钢剑的超高碳钢进行比较, 进而观察采用这些超高强度的钢材是否可以减轻汽车的重量,这将是一件有趣的事情。”他说道。

 

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