在历史的进(jin)程中，古人(ren)是怎么样对进(jin)行热处(chu)理的？

　　首先化学反应热处(chu)理(li)简介：

　　化(hua)学(xue)热处(chu)理，是把工(gong)件放在活性介质中加(jia)热，使工(gong)件在一(yi)定(ding)温度下加(jia)热，使一(yi)种或(huo)多种元素渗透到钢表(biao)面，利用化(hua)学(xue)反应，有时(shi)还(hai)用物(wu)理方法同时(shi)改变(bian)钢件表(biao)面的(de)化(hua)学(xue)成分(fen)和组织结(jie)构(gou)，从而获得优于均(jun)质材(cai)料的(de)热处(chu)理工(gong)艺。

　　近代离子氮(dan)化技(ji)术：

　　机(ji)器部件的故障和损(sun)坏主要发生在表面层，特别是在磨(mo)损(sun)、疲(pi)劳、金属腐蚀、氧化(hua)等条件下。

　　钢(gang)构件经(jing)过化(hua)学热处理后，可视为一种(zhong)特种(zhong)复(fu)(fu)合(he)材料(liao)。心部(bu)分为原(yuan)始成分的钢(gang)，表层为合(he)金元素渗透材料(liao)。心和表面之间是紧密的晶形结合(he)，这比电镀层等表面复(fu)(fu)层技术(shu)得到的心、表部(bu)位(wei)的结合(he)要好得多。

　　离子渗氮炉

　　厚壁管(guan)化(hua)学(xue)热处理有很多种方法，通常以渗(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)、渗(shen)(shen)(shen)(shen)氮(dan)(dan)、渗(shen)(shen)(shen)(shen)硼(peng)(peng)、渗(shen)(shen)(shen)(shen)硫、渗(shen)(shen)(shen)(shen)铝、渗(shen)(shen)(shen)(shen)铬、渗(shen)(shen)(shen)(shen)硅、碳(tan)氮(dan)(dan)化(hua)、氧(yang)(yang)氮(dan)(dan)化(hua)、硫化(hua)物、碳(tan)氮(dan)(dan)化(hua)、氧(yang)(yang)氮(dan)(dan)化(hua)、硫氰(qing)(qing)化(hua)、碳(tan)氮(dan)(dan)化(hua)、硫氰(qing)(qing)化(hua)和碳(tan)，氮(dan)(dan)、硫、氧(yang)(yang)、硼(peng)(peng)、硼(peng)(peng)、五元(yuan)(yuan)(yuan)共(gong)(gong)渗(shen)(shen)(shen)(shen)、碳(tan)、硫、硫、五元(yuan)(yuan)(yuan)共(gong)(gong)渗(shen)(shen)(shen)(shen)、碳(tan)、硫、硫、硫、五元(yuan)(yuan)(yuan)共(gong)(gong)渗(shen)(shen)(shen)(shen)、碳(tan)、硫、硫、硼(peng)(peng)五元(yuan)(yuan)(yuan)共(gong)(gong)渗(shen)(shen)(shen)(shen)、碳(tan)、硫、硫、五元(yuan)(yuan)(yuan)共(gong)(gong)渗(shen)(shen)(shen)(shen)、碳(tan)、氮(dan)(dan)、氮(dan)(dan)、硼(peng)(peng)、硼(peng)(peng)五元(yuan)(yuan)(yuan)共(gong)(gong)渗(shen)(shen)(shen)(shen)、碳(tan)、氮(dan)(dan)、氮(dan)(dan)、硼(peng)(peng)、古(gu)老化(hua)学(xue)热处理：

　　传统的化(hua)学(xue)热(re)处理主要是通过(guo)表(biao)面渗碳(tan)、渗碳(tan)增氮、表(biao)面氮化(hua)等(deng)方法来(lai)改变(bian)设备表(biao)面或(huo)局(ju)部的化(hua)学(xue)成(cheng)分和力(li)学(xue)性质。

　　表面渗碳：

　　西汉中叶的(de)刘胜佩剑和错金书刀中碳(tan)含(han)量(liang)最低的(de)0.05%，至少可以推到汉魏(wei)(wei)时期。最大值为0.150.4%，表层碳(tan)含(han)量(liang)为0.6%以上，汉魏(wei)(wei)时期洛池地区有一把(ba)铁镰，刀刃中央(yang)珠光体的(de)体积是(shi)30%，边缘则是(shi)70%。很明显，这种碳(tan)分布是(shi)由表面渗碳(tan)引起的(de)。

　　图(tu)3错误刀片上高碳、低碳层状(zhuang)组织，夹(jia)杂(za)在高碳层。

　　通过对刘(liu)胜错金书刀(dao)的(de)分析，还(hai)发现(xian)材料加(jia)工层(ceng)间界面(mian)的(de)夹杂(za)中含(han)钙、磷、铝含(han)量较高。据称，这很有可(ke)能是使用了骨粉催渗(shen)(shen)剂。若真如(ru)此，则说明我(wo)国的(de)渗(shen)(shen)碳技术在汉魏时(shi)期已达到较高水平，使用催渗(shen)(shen)剂提高渗(shen)(shen)碳效率。

　　根据《春秋(qiu)》中的(de)《吴越族谱》记载，铸剑(jian)师干(gan)(gan)将(jiang)在剑(jian)的(de)时候(hou)，遇(yu)上(shang)“金铁之精(jing)不销卖”，于(yu)是(shi)就(jiu)把(ba)刀(dao)子(zi)放(fang)进(jin)炉(lu)子(zi)里(li)(li)，然后把(ba)刀(dao)子(zi)放(fang)到炉(lu)子(zi)里(li)(li)去，然后再用刀(dao)子(zi)把(ba)刀(dao)子(zi)放(fang)进(jin)炉(lu)子(zi)里(li)(li)。于(yu)是(shi)就(jiu)成(cheng)剑(jian)，阳(yang)曰干(gan)(gan)，阴曰莫，阳(yang)做龟，阴作漫理(li)。杨宽认为这(zhei)是(shi)一种以(yi)海绵铁为原料的(de)固体渗碳材料。

　　据所述“三百人鼓鼓鼓装”的情(qing)况看，更象一种液体渗(shen)碳(tan)(tan)，可(ke)视为剑身之(zhi)物，在以铁(tie)(tie)屑及含碳(tan)(tan)质材料为主(zhu)的铁(tie)(tie)屑渗(shen)剂中(zhong)加(jia)热，使渗(shen)剂中(zhong)的铁(tie)(tie)达到(dao)一定含碳(tan)(tan)量(liang)后(hou)，便形成了“金铁(tie)(tie)粉”，在这个(ge)时(shi)候，铁(tie)(tie)屑、铁(tie)(tie)屑与(yu)含碳(tan)(tan)物质发(fa)生反应而熔化(hua)，“湿”是(shi)指钢坯没有完全熔化(hua)。

　　在当时的加热温(wen)度(du)限制下(xia)，用三百(bai)人鼓(gu)鼓(gu)炭可以使炼(lian)钢的炉温(wen)达到铁碳合金熔点的下(xia)限1148℃，这样就可以使铁碳钢铸坯获得渗碳效果。

　　自那以后，《吴(wu)越春秋》描写(xie)的(de)事件(jian)很(hen)可能成为液体(ti)渗碳(tan)(tan)的(de)开端。很(hen)明显，液态(tai)渗碳(tan)(tan)是当时金属加工技术上的(de)一(yi)项突破(po)，无(wu)怪乎前人对这一(yi)重彩的(de)赞美。但在此之前，工匠采用了一(yi)种没有(you)熔(rong)融渗碳(tan)(tan)剂的(de)固(gu)体(ti)渗碳(tan)(tan)方法(fa)。文件(jian)分析认为，干将(jiang)制剑事件(jian)发生于(yu)公元(yuan)前6世纪(ji)。

　　明宋应星(xing)在《天(tian)工开物(wu)》卷十中曾谈到(dao)一种造(zao)针(zhen)(zhen)的渗碳工艺：先用冷拔(ba)法，将(jiang)“熟铁(tie)”剪成针(zhen)(zhen)的雏形，再将(jiang)坯料(liao)“入釜慢火(huo)(huo)炒(chao)(chao)，炒(chao)(chao)后将(jiang)土末(mo)入松(song)木、火(huo)(huo)矢，大豆(dou)豉三(san)物(wu)（yán）盖，下(xia)加火(huo)(huo)蒸，二、三(san)次，插在它的外(wai)面，以试火(huo)(huo)候(hou)。它的外(wai)针(zhen)(zhen)着手捻(nian)成碎，则(ze)卜(bu)针(zhen)(zhen)火(huo)(huo)候(hou)均足，再以开封入水健之(zhi)”。

　　这种“慢火(huo)(huo)煎(jian)煮(zhu)”的(de)(de)目的(de)(de)主要是消除坯料成型时(shi)的(de)(de)内应(ying)力。松(song)木火(huo)(huo)矢是固体渗碳剂(ji)的(de)(de)一(yi)种，同(tong)书(shu)中还指(zhi)出(chu)，木为(wei)“非闭(bi)穴火(huo)(huo)”所(suo)得木材为(wei)主要渗透剂(ji)；豆豉(chi)含碳物为(wei)辅助渗入(ru)剂(ji)，土末为(wei)分散剂(ji)，对(dui)防(fang)止碳物质(zhi)相互(hu)粘结、炭(tan)黑析出(chu)有一(yi)定作(zuo)用。

　　宋应星(xing)天工开物(wu)中抽线(xian)琢针图

　　松木(mu)属、火矢、豆豉(chi)为(wei)渗(shen)碳(tan)剂。「下火烧」，即渗(shen)碳(tan)过程。介绍了(le)一(yi)套(tao)渗(shen)碳(tan)工(gong)艺(yi)操作：渗(shen)碳(tan)在釜内进(jin)行，有(you)消除应力(li)作用，渗(shen)碳(tan)效果(guo)好，有(you)指(zhi)示针。这种工(gong)艺(yi)比较成熟(shu)。我国民间称之为(wei)“焖钢(gang)”，到了(le)近代，仍盛行于河南(nan)等地。

　　宋应星所说(shuo)的渗(shen)(shen)碳(tan)剂是固体，我(wo)国(guo)在明清时期还用过(guo)膏状的渗(shen)(shen)碳(tan)剂。其过(guo)程(cheng)是，首先(xian)将渗(shen)(shen)碳(tan)剂涂在需要处(chu)理的地方(fang)，然后(hou)进入(ru)火(huo)炉，加热，使碳(tan)渗(shen)(shen)入(ru)。

　　《实(shi)用(yong)图(tu)篆(zhuan)》卷十(shi)五制造(zao)类。点铁条上(shang)写(xie)着：“点铁块，乱发(fa)俱锻灰，细研，水调(diao)涂刀(dao)，烧红，磨之。”这一(yi)所谓的“羊角灰”，“乱发(fa)灰”都(dou)含有(you)碳(tan)(tan)酸钙，作为渗碳(tan)(tan)剂，研磨后(hou)与水调(diao)和成(cheng)膏状，涂在刀(dao)口就可以(yi)“入火”加热渗碳(tan)(tan)。

　　清代，陈(chen)克(ke)恕《篆刻碱度》七“炼刀”条写道(dao)：“以酒(jiu)蟹(xie)钳嘴烧(shao)灰(hui)。还用(yong)(yong)蟹(xie)酒(jiu)调(diao)涂(tu)刀口，入火(huo)烧(shao)红(hong)。并用(yong)(yong)蟹(xie)酒(jiu)淬(cui)之。先用(yong)(yong)火(huo)钳把灰(hui)浆先烧(shao)红(hong)。变(bian)得愈加(jia)(jia)(jia)坚固。依法炼毕，仍以火(huo)烧(shao)红(hong)寸许(xu)，取悬火(huo)上，加(jia)(jia)(jia)昂出火(huo)。渐(jian)退(tui)，相其口上色变(bian)白，不可(ke)亦淬(cui)，变(bian)之脆。即(ji)转黄转青，淬(cui)火(huo)适度可(ke)用(yong)(yong)。为时已(yi)晚，则已(yi)过矣”。这是一(yi)(yi)种渗碳(tan)(tan)剂，它(ta)是一(yi)(yi)种催(cui)渗剂，一(yi)(yi)种淬(cui)火(huo)用(yong)(yong)的(de)蟹(xie)酒(jiu)。全过程分两步进行：一(yi)(yi)是通(tong)过对渗碳(tan)(tan)淬(cui)火(huo)反(fan)复加(jia)(jia)(jia)热以提高刀刃硬(ying)度；二是回火(huo)处理(li)，根(gen)据(ju)回火(huo)的(de)颜色判(pan)断“适度”火(huo)候。

　　渗碳增氮：

　　表面渗剂一(yi)般为部分含碳(tan)物，主要是对工(gong)件进行渗碳(tan)；另外，明清时(shi)期，人们又用一(yi)种含氮(dan)渗剂，也常制成(cheng)膏状(zhuang)，在渗碳(tan)时(shi)，可能会有(you)一(yi)些氮(dan)渗入(ru)，即现在所称的碳(tan)氮(dan)共渗。

　　“以(yi)菊花钢锻为(wei)(wei)(wei)(wei)刀(dao)，刀(dao)成(cheng)乃砺，以(yi)剑(jian)(jian)(jian)为(wei)(wei)(wei)(wei)剑(jian)(jian)(jian)，以(yi)剑(jian)(jian)(jian)为(wei)(wei)(wei)(wei)剑(jian)(jian)(jian)，剑(jian)(jian)(jian)为(wei)(wei)(wei)(wei)剑(jian)(jian)(jian)，剑(jian)(jian)(jian)为(wei)(wei)(wei)(wei)剑(jian)(jian)(jian)，剑(jian)(jian)(jian)为(wei)(wei)(wei)(wei)剑(jian)(jian)(jian)，剑(jian)(jian)(jian)为(wei)(wei)(wei)(wei)剑(jian)(jian)(jian)。以(yi)桂（ruó）皮灰(hui)、牛角灰(hui)、盐、卤砂为(wei)(wei)(wei)(wei)原(yuan)料(liao)，每一分、五(wu)分、五(wu)分。在灯上烧(shao)红为(wei)(wei)(wei)(wei)度。一法加甘草水，一法加醋(cu)(cu)，一法加醋(cu)(cu)。复(fu)炼如前。药到病除(chu)。炼钢再磨(mo)”。这种「炼」就(jiu)是加热(re)来进行碳、氮共渗。"菊花钢"是有花纹的(de)钢。

　　在这种工艺配方(fang)中，若皮是(shi)禾本科(ke)竹的(de)一种皮革，其毛(mao)皮和毛(mao)皮烧制(zhi)的(de)灰分中含有(you)一定的(de)碳成(cheng)分，当然含有(you)氮(dan)。然而，绿盐(yan)的(de)主(zhu)要成(cheng)分是(shi)氯(lv)化钠，这是(shi)渗(shen)碳处理(li)中常用(yong)的(de)促进(jin)剂(ji)。绿盐(yan)主(zhu)要用(yong)于熔化。因此，它可(ke)能属于固(gu)液化学热处理(li)。

　　该工艺中卤(lu)砂是(shi)氯化铵(an)的(de)(de)一(yi)(yi)种天然产品，含氮，主要目的(de)(de)是(shi)提供氮气。复炼如前”主要是(shi)循(xun)环式渗透，根据(ju)“烧红(hong)为度(du)”，可(ke)判定其(qi)温(wen)度(du)在650℃左右，因此，此工艺极有可(ke)能是(shi)一(yi)(yi)种氮碳共渗。

　　表面渗氮：

　　同时，在对古代(dai)文献进(jin)行分析时，也发现古人只(zhi)对含氮物质进(jin)行处理。「尝(chang)新刀(dao)(dao)者，以(yi)猪的(de)牙齿(chi)(chi)、发与硝(xiao)，各烧灰等(deng)分，调画刀(dao)(dao)口，如锯齿(chi)(chi)，号为(wei)马(ma)牙钢。它是(shi)一种硝(xiao)酸(suan)钾，属于氮源原料。

　　《物理小识》卷(juan)八(ba)“器用(yong)类淬(cui)(cui)刀(dao)”条说：“以酱同硝(xiao)涂(tu)刀(dao)，锻赤淬(cui)(cui)火。

　　在(zai)这种情况(kuang)下(xia)，可主要用(yong)(yong)作(zuo)(zuo)粘合剂(ji)，而硝(xiao)酸钾(jia)(jia)为主渗(shen)剂(ji)。当加热(re)时，硝(xiao)酸钾(jia)(jia)分解(jie)成亚(ya)硝(xiao)酸钾(jia)(jia)，而亚(ya)硝(xiao)酸钾(jia)(jia)加热(re)时会使氮(dan)原(yuan)子(zi)发生沉淀(dian)，所(suo)以(yi)(yi)硝(xiao)酸钾(jia)(jia)可以(yi)(yi)用(yong)(yong)作(zuo)(zuo)氮(dan)化(hua)钾(jia)(jia)。用(yong)(yong)硝(xiao)酸钾(jia)(jia)作(zuo)(zuo)渗(shen)氮(dan)剂(ji)的渗(shen)氮(dan)法目(mu)前仍有(you)替代(dai)氰(qing)化(hua)盐用(yong)(yong)于(yu)液渗(shen)氮(dan)。其(qi)中，氯胺和(he)硝(xiao)酸钾(jia)(jia)的有(you)效作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)温度都在(zai)700℃以(yi)(yi)下(xia)。如果以(yi)(yi)卤(lu)砂和(he)硝(xiao)为渗(shen)入剂(ji)，古人(ren)一般不采(cai)用(yong)(yong)700℃以(yi)(yi)上(shang)的处理(li)方法，因此，上(shang)述处理(li)可考(kao)虑为氮(dan)化(hua)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)。

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