刀条在原始钢材上的切料方法与钢材横纵方向理论讨论

看热闹的

看了半天没看明白啥意思
似乎是那些厂家都说刀条长度方向应该和钢板轧向垂直？
这个，我绝对不认同

rik

看热闹的 发表于 2015-2-8 23:36
看了半天没看明白啥意思
似乎是那些厂家都说刀条长度方向应该和钢板轧向垂直？
这个，我绝对不认同

可能厂家说的都是在模具用途上，为了防止开裂。方向不能顺着压延方向，具体我没弄明白。
回复都是这种说法：板材的压延方向和刀具的刃口方向呈交错状是韧性最好的。

看热闹的

刃口对着的方向当然是垂直于刀条方向了，所以从他们回复看，我理解对方的本意是指是刀条方向和钢板轧向是同一个方向，而不是垂直。

如果对方直接告诉你说刀条方向是应该是横着切好，那就不用理会他们。。。

简单举例，假设一块木板做刀，刀条是该顺着木材纤维方向还是横过来切？结果不言而喻。其实钢材纵横向韧性虽然不像木材那么大差异，但也有很大差异，特别是碳含量和合金含量高的时候差个2倍3倍不稀奇。。粉末钢也一样，不要以为粉末钢无所谓，因为粉末法只是制坯，最后成材也要经过多火锻轧再热。。

又：所有的锻造刀剑刀条方向都是顺着金属展长方向

duckbillclinton

看热闹的 发表于 2015-2-10 17:42
刃口对着的方向当然是垂直于刀条方向了，所以从他们回复看，我理解对方的本意是指是刀条方向和钢板轧向是同 ...

Rik 兄所发的帖子的深度和营养成分一直都很高，此贴竟然把 寂静岭 和 看热闹的 两位大神级核潜艇都给炸出来了， 难得啊。{:5_181:}

我以前的看法跟大家是一样的，也是认为"刃口对着的方向当然是垂直于刀条方向了"（借用 看热闹的 兄原句）。读完了 Rik 兄的这贴之后，才意识到自己又学了新知识。谢谢 Rik 兄。{:5_169:}

对于 看热闹的 兄所说的，“简单举例，假设一块木板做刀，刀条是该顺着木材纤维方向还是横过来切？结果不言而喻。”  个人看法是，对于单纯强调刀刃的切割性能来讲，这是对的，但可能有点片面。我们同样引用木头来做举例分析， 对于耐冲击度和保持性来讲，木材纤维的纵方向却是最好的，这就是为什么传统的木砧板都是在原木上打横一片片地切出（即砧板的木纤维是纵方向对着菜刀受冲击）的原因。竹子在很长的时间里都没有成为砧板的材料，就是因为其横切面太小，没法用。假如把竹子横放来做砧板，用不了多久就掉纤维，保持性极差，所以现在的竹砧板都是经过固化注塑的复合板（来解决这个问题）。当然，木头的纵向耐冲击度也是有限的，冲击力大了就变成了斧子砍柴的例子了。大家也知道，砍柴最省力的是把木头竖放来劈，因为纵方向来撕开纤维是最容易的，但这并不等同于金属刀具就会有这个问题。金属的微观粒子结构、排列决定了其在受到极大的冲击力、应力时能够弯曲变形，在可接受的冲击力、应力范围内能够复原（韧性），这是非金属的木头、竹子等材料无法直接比较的，良好的刀具受到大的冲击时往往是卷刃（韧性高）、崩刃（韧性低）而不是木头般的开裂、掉纤维。看热闹的 兄所引用的以木作刀的例子其实就是矛，我所举的以木作砧的例子却是盾，单以木头（非金属材料）来讨论，应该是自相矛盾，呵呵呵，引用金属材料自己本身的属性来研究，却有另一番意味……


三大钢厂给 Rik 兄同样的建议绝非是偶然的，至于具体的道理，其实也不难，要解释的话却有点麻烦，可能要写得长点……    有时间再说吧 （见谅，写这回复，看着只是简单几行，却用了近一个小时来反复修改，因为不想误导。）

rik

看热闹的 发表于 2015-2-10 17:42
刃口对着的方向当然是垂直于刀条方向了，所以从他们回复看，我理解对方的本意是指是刀条方向和钢板轧向是同 ...

这是我画的示意图：

刀在劈砍，削的时候，引起断裂，蹦口主要是来自刃面2侧的压力，造成刃口断裂，蹦口。

如果刀刃长度方向与板材压延方向（就是钢板最长的那个方向）的话，刃面2侧的压力相当于原始钢板的话，就是宽度面来回弯折受力，宽度面上受力承受能力应该不及长度面上来回弯折受力高。

如果刀刃长度方向与板材宽度方向，那么刃面2侧的压力相当于原始钢板的话，就是长度面来回弯折受力，相当于一根长钢条放在台钳上来回弯一个道理，这个承受力应该是最好的吧。


钢厂是不是说的这个意思？

用台钳做了演示，我觉刃面2侧受力，应该是第3张图，承受能力最高吧。

阳光猪

rik的这个台钳不错~~

看热闹的

rik 发表于 2015-2-10 23:15
这是我画的示意图：

刀在劈砍，削的时候，引起断裂，蹦口主要是来自刃面2侧的压力，造成刃口断裂，蹦 ...

从宏观讲，暴力使用时两种方向取样哪个更容易断刀不言而喻
从微观讲，不管刃口崩口还是卷刃还是什么，不管静载还是动载，从材料断裂角度讲都是局部缺口敏感后应力集中导致的裂纹起裂和失稳扩展，所谓韧性是指材料抵抗这种起裂以及抵抗失稳扩展的能力。
横向取样，刃口的缺口敏感性高，抵抗裂纹扩展的能力要差的多，易崩口是显然的。
其实这个真不是啥太需要探讨的问题。我估计是你理解错了厂家的意思，如果不是理解错误，我建议不用理会他们。

duckbillclinton

看热闹的 发表于 2015-2-11 18:25
从宏观讲，暴力使用时两种方向取样哪个更容易断刀不言而喻
从微观讲，不管刃口崩口还是卷刃还是什么，不 ...

看热闹的 兄所说的 “从宏观讲，暴力使用时两种方向取样哪个更容易断刀不言而喻“ ，其实说的就是斧子砍柴的例子，刀刃钢体内的碳化物"纤维"排列方向与冲击力方向平行的话，冲击力大到一定的程度，就发生了斧子顺纹劈柴的情形，即刀会断裂。  假如刀刃钢体内的碳化物"纤维"排列方向与冲击力方向是垂直的话，受到同样程度的冲击力，刀体会变形，但不会断裂，冲击力消失后，刀体有可能反弹恢复，也有可能保持弯曲。

单以暴力操刀这种情形，无疑碳化物"纤维"排列方向与冲击力方向垂直是更好的选择，但这种情况是极其特殊的，而且只是考量刀具好坏的众多因素之一。  刀具的使用，在多数情况下，考虑的是砍切的效率，刀刃的保持性，刀刃损坏后维护修理的方便性，等等，这些都更加重要，而碳化物"纤维"排列方向与冲击力方向平行的刀刃能更好满足这些要求。具体的解释，我会在这个周末回帖，烦请指正一下。

另外，您原帖提到的 “又：所有的锻造刀剑刀条方向都是顺着金属展长方向”不完全对，这种情形在古代锻造的刀剑中不会出现，在现代手工锻造高手的刀剑精品中也不会出现，没经验或者懒惰的现代铁匠倒会做出这种产品。  产生这种错觉的原因其实是因为我们把太多平常看到的东西在心里潜意识地归纳，造成先入为主。具体的解释，我也会在这个周末回复，但可能不需要等到那天，您可能已经悟出其中的奥妙了。

科学的问题是值得认真探讨的， “1590年，伽利略在比萨斜塔上做了“两个铁球同时落地”的实验，得出了重量不同的两个铁球同时下落的结论，从此推翻了亚里士多德“物体下落速度和重量成比例”的学说，纠正了这个持续了1900多年之久的错误结论。”

看热闹的

探讨问题的话，需要具备最基本的材料学知识，而不是凭空臆想。我没有必要对每个人大脑臆想的东西做出评判。

rik

只是探讨而已，大家别太激动，百花齐放才是王道，没有必要否定一切，各抒己见啊。

我的刀的回复是厂商的回复，我邮件明确说做户外野营刀，打电话时也格外重申了这点，要求户外劈砍数目不蹦刃，不碎刃。  可能他们是从模具刀上给出的解释，而非是我们常用户外刀的用法。

可能这样造成的误差，是由于厂商是从模具角度上考虑，而我们是从刀具上考虑，可能是厂商理解错意思了。


今天做了一下暴力测试，用一块号称ATS-34的边角料（硬度60左右），猛烈撞击PD613（硬度59）的钢板宽度面和长度面 边缘。
用的劲差不多，我感觉不出来差异，宽度面，长度面查看PD613撞击缺口大小，大同小异，没啥区别。

fantajk

duckbillclinton 发表于 2015-2-10 21:59
Rik 兄所发的帖子的深度和营养成分一直都很高，此贴竟然把 寂静岭 和 看热闹的 两位大神级核潜艇都给炸出 ...

正解，我也觉得金属和木材还是有区别，在这个课题上举木材的例子未必合适。木头在两个方向上的性能表现差异太大了。砧板是个比较特殊的东西，重要的是不掉木屑。而木材纤维有个特点，顺着纤维方向强度大，但更易被劈开。

如果做成第一种，两刀剁上去，如果间距比较近，那么红线以上部分就很容易掉下来，因为这一段纤维已经从整个木纤维上截断了。
而第二种情况即使两刀间距很近，但因为木纤维并没有被完全劈开，下部还紧密结合在一起，所以反而更牢固不会掉。

所以砧板做成这样其实跟它的强度没什么关系，只是为了不掉木屑。
要举木头强度的例子的话，其实桌子腿之类的更合适。或者说一块薄木板，一头固定，另一头悬空，悬空的一头站一个人，那么怎么选取方向更能承担这个人的重量？显然会选择顺着纤维方向，而不是砧板所选用的方向。

而刀子的选择还有个重要的因素就是用途。你做的刀子是主要劈砍捅刺还是切割，是要韧性，强度，还是要保持？相对应的尺寸，长宽厚度，是否都可以影响用料的选择？
某些情况下不合理的方向选择，是否在另一用途的刀具不同的宽度厚度下就完全不是问题了？来个理论大拿仔细研究研究吧。

duckbillclinton

看热闹的 发表于 2015-2-12 09:12
探讨问题的话，需要具备最基本的材料学知识，而不是凭空臆想。我没有必要对每个人大脑臆想的东西做出评判。

刀剑的锻打并不是想象中那么简单。{:5_169:}


古时，因为好钢材的高价格，铁匠是不会轻易浪费材料的。将钢锭横向锻延，达到大概的长度后，铁匠会 纵向 锤锻修形开 V，而不是打磨开 V 。这个过程是 纵向锻延，越接近刀锋位置的钢体，延展的幅度越大。开 V 修形的宽度多数是刀背至刀锋的距离的 2/3，这个工序完成后，铁匠会用锉刀、铲刀细修形，热处理，校正，粗磨，细磨，成刀型。

一般来讲，钢锭锻延至条状的锤工，铁匠的徒弟可以数人参与，因为简单，没技术成分，可以用狠劲，所以用时短（即钢体在炉内加热的时间、次数较少，钢体出炉锻打的次数也可以较少）。整 V 修形这道工序则不同，一般只能是熟练的铁匠一人独自完成，而且是最费工费时，炉内加热和锻打的次数不会少，这些纵向锻延都会造成刀刃位置的钢体内的碳合物有一定程度的纵向延伸。

由于修 V 时锤子的力量和落点有一定的变化幅度，开 V 部分的碳合物”纤维“不会再是简单的横向”直线“，而是具有一定波浪形，这是 纵、横、斜 线的组合。

如果铁匠在整 V 修形时加热的温度选得较高，时间较长的话，锻打纵延，冷却后的的碳合物短”纤维“也有可能变成纵向。

经上所述，锻打刀剑，是先横向锻延，再纵向锻延刀刃修形，那这种情况下，”所有的锻造刀剑刀条方向都是顺着金属展长方向“是否还是一概而论，无条件成立呢？{:5_169:}




有经验的现代手工刀匠会知道锻打修形开 V 刀剑的机械性能会比刀条打磨开 V 的好。（处理得当，刀背的碳合物”纤维“会是横向，刀刃会是波浪，具有一定的斜、纵向 ”纤维“，很好的组合。） 没条件、没经验或贪方便的就只能打磨修形了。

duckbillclinton

fantajk 发表于 2015-2-12 12:36
正解，我也觉得金属和木材还是有区别，在这个课题上举木材的例子未必合适。木头在两个方向上的性能表现差 ...

砧板并不单只是受到刀的切割，也会受到钝器（尤其是食材）的冲击，砍猪骨头就是个好例子。  另外，可以拿块正方形的木墩做实验，不同的摆置方向，在同等高度以同样的重钢球垂直坠落击打，看看木墩表面在哪个摆向造成的印更深就知道。

看热闹的

如同启蒙前的时代，人们会苦思冥想长篇论证地心说，楼上材料常识尚未启蒙，鉴定完毕。

duckbillclinton

看热闹的 发表于 2015-2-14 14:09
如同启蒙前的时代，人们会苦思冥想长篇论证地心说，楼上材料常识尚未启蒙，鉴定完毕。

作为材料学“大牛”，竟然以有机材料为例子去引证金属材料，这是不是低级错误？  木材可以像金属一样热处理吗？ 木材折断的条件，就可以应用到金属上了吗？ 金属受外力可以变形成新的形状，木材可以吗？ 木材在宏观、微观的结构和钢材一样吗？

作为刀友，竟然连锻打刀剑的刃部是纵向锻延修形的最基本常识都不知道，就随便 臆想 引用，在这手工锻打高手云集的刀友论坛上，是不是低级错误？

作为材料学出身的学术人士，竟然只能标榜自己的专业，炫耀纸面知识而无法将其构建成令人信服的模型对实际问题进行分析从而找到真正的答案，仅仅因为自己是这个专业而对 数家钢厂 给出的实际建议视而不见，唯我独尊，是否有点讽刺？  一个真正的专家，会不会对一个未启蒙的幼儿园小朋友提出的问题手忙脚乱？

看热闹的

和你这种没有掌握材料基本原理的讲原理，你根本听不懂只有胡搅蛮缠，等于对牛弹琴，也没那闲功夫给你普及材料基础。
只说结论呢，你这类人只会象得了癔症似的又画图又四不象的胡喷术语整的不伦不类。
话不好听，可事情就是这么好玩。

wxtzq

学习了

duckbillclinton

rik 发表于 2015-2-10 23:15
这是我画的示意图：

刀在劈砍，削的时候，引起断裂，蹦口主要是来自刃面2侧的压力，造成刃口断裂，蹦 ...

Rik 兄，忘了这个周末是情人节，要和老婆外出，和您讨论的问题要拜一、二才能发帖了。本人乃是外行，见笑，到时候，烦请指正。谢谢。

yolomo

本人坚持认为，刀的长度应该与钢板轧制方向一致

duckbillclinton

rik 发表于 2015-2-10 23:15
这是我画的示意图：

刀在劈砍，削的时候，引起断裂，蹦口主要是来自刃面2侧的压力，造成刃口断裂，蹦 ...

Rik 兄是个喜欢动手的人，发了这几张图，很用心，赞。我不是材料、冶金出身的，勉强算是混了两个不同专业的理工学位，大概懂得何为科学论证吧。胡乱写两句，作个“百家争鸣”，以博一笑，烦请指正。






上面画了张草图，非常简陋，而且省略了相当多的因素，后面有详细的补充，请耐心地看完。

钢材轧延后，如 1， 钢体内会产生无数细小的碳合物“纤维”，随轧延方向排列分布。 2. 就是不太准确的简化的钢材三面图。  因为在我们讨论的个案里面，钢材的用途是刀具，首要功能是砍切，所以要考虑刀刃的保持性，耐冲击能力，和维护的方便性。  3. 刀刃的边缘（刀锋）都会是比较薄的，所以它的受力分析可以大概地简化为同样钢材的“一块箔”。  4. 因为碳合物是以硬度较高的“纤维”的存在于钢体内，钢箔的简化力学模型可以勉强看成是以同样物质构成的带有平行加强筋（a）的平板（b）。  如 5. 所示，当这个力学模型纵向摆放，受到纵向的冲击时，其抗冲击的力由 n（a）+n（b）决定，n 是冲击物的宽度，是一个总和。  由 6. 图所见，纵向摆放的力学模型能够承受更大的纵向冲击，而且在相当大的可承受范围内具有弹性，受冲击后可复原。  7. 是同样的力学模型横置，当受到纵向冲击时，（a）和（b）的抗冲击能力无法叠加，而且当冲击力超出其中一个（b）的承受范围，如 8. 所示，就会产生相当大的变形。对于同样大小的冲击力来讲，纵向摆放的模型变形幅度会比横向摆放的小很多。

对于刀具来讲，套用上述的模型，刀刃钢体的碳合物纵向排列会令刀锋在砍切时变形更小，以更加垂直的角度进入被砍切的物体，即更加锋利，物体更容易被砍切开，自然，受到的阻力更小，刀具整体受到的冲击力也会更小。而刀刃钢体的碳合物横向排列，当受到冲击时，由于比较容易变形，给人的感觉就是钝，不容易砍切开物体，阻力大，刀具受到的冲击力自然也会更大。刀刃钢体的碳合物纵向排列也会令刀锋在一定范围内有更好的保持性，多数情况下更容易打磨，即维护性更好。

另一方面，上面所述的模型，其实是相当粗略的，而且不太全面，有不少问题，最重要的就是刀体受到极大冲击力时断裂和崩刃是碳合物纵向排列的钢体必须面对的。看热闹的 兄在 27 楼所讲的理论也是正解，但问题的重点不是这里，而是在同样材质、尺寸、热处理的前提下，横向碳合物排列的刀条的抗断裂能力会比纵向排列的大多少（即差值是多大），这才是一个值得探讨的问题，而且就是能够解答 Rik 兄此贴的真正关键所在。

上面我所画的模型，忽略了两个极为重要的因素。

第一，钢的整体应该是无数上述“钢箔”的叠合，而且碳合物“纤维”的分布有如整齐堆叠起来的原木，其截面 有如 2. 里面的c. 图。  横向摆放的模型在此前提下受到纵向冲击时还是会容易变形，但幅度不会像画的那么夸张。


第二，钢体中的碳合物“纤维”并不是连续的，而是断断续续的。这其实才是我与 看热闹的 兄的争论的实质重点。木材和竹子等材料，其纤维是由植物生长时慢慢长成，是连贯的，而且再加上是有机材料，微观结构令其只具备弹性而不具备塑性，基于这两个原因，造成木材的材料性能在纵向和横向上有巨大的差别（即差值非常巨大）。反观钢材，因为是金属，其微观结构是晶体，受到一定的外力能从新排列，即同时具备弹性和塑性。碳合物在钢体中可以看成是有序分散排列的“杂质”，由于是断断续续而不是连贯的纤维，虽然仍然是造成钢材在横向和纵向上抗断裂能力的差别，但由于还是晶体组成的金属，其差值绝不会像木材一样巨大。如果你问我，把同样木料制成的 5 厘米厚，1米见方的砧板（纵向）和桌板（横向）同时单边固定悬空，然后要我在上面狠跳几下，选那块？我当然会选桌板，断裂摔交的机会少啊。  假如换成是 1.5 厘米厚，不同方向切割的钢板呢？ 无所谓，选哪块都一样，差不多。

综此上述，三家国外大牌钢厂给 Rik 兄的建议，实际上就是个利弊衡量的问题。Rik 兄在咨询钢厂代理的时候，所提的问题其实是非常简单的，就是“做户外用大型刀具，如何下料，请给建议”。如果他们还能弄错意思的话，这智商堪忧啊，而且不可能三家大厂都搞错。代理回答问题，一般都是根据厂家提供的指引册子、专业文档提供答复，而来源肯定是基于厂家在实验和实际应用中采集的数据。因此，三家厂商给 Rik 兄的回复其实传达了一个意思，就是纵向碳合物排列的刀条虽然抗断裂、抗崩刃能力比横向的稍差，其相差的幅度不会太大；另一方面，纵向碳合物排列的刀刃具有更好的保持性，锋利度，和可维护性；总的来说，利大于弊，所以建议下料时，刀条厚度取钢胚厚度，刀条长度，取钢胚宽度。