打出来的铁比浇铸的好在哪里?

打出来的铁比浇铸的好在哪里?

福尔M思

先说结论:打出来的铁确实比浇铸的力学性能好很多,尤其是对于工业时代之前的漫长历史时期。但是现在,在现代科学技术的加持下,这种差距在缩小。而且,可以毫不客气的说,在制造业尤其是金属制造方面,现在的手工产品跟工业产品相比几乎没有任何实际使用上的优势。

下面我们就来聊聊为什么打出来的铁比浇铸的好?难道只是因为有大师的 buff 加持吗?

打铁,与现在金属制造工艺里的锻造类似,确实是提高金属材料力学性能的一种非常有效的手段。

首先,我们要了解的一个事情是:金属材料内部并不完美,存在很多缺陷。

浇铸出来的金属内部,往往存在很多的铸造缺陷,比如气孔、缩松缩孔、夹杂等等。这些缺陷的存在就导致金属基体事实上被分离开,从而出现不连续的现象。

铸造缺陷示意图

即使不存在这些铸造缺陷,在某些金属内部也会因为这样或者那样的原因出现微裂纹或者类似微裂纹的结构,比如在灰铸铁中的石墨片,或者钢材中出现的非金属夹杂物。

左侧灰铸铁,黑色为石墨片;右侧为钢中夹杂物

这些微裂纹(或者类似的结构)会造成金属在裂纹尖端出现应力集中现象,简单点说,就是某些区域感受到的力会比其他区域高很多;从而大幅度的降低金属表现出来的强度等力学性能。

微裂纹会在外力作用下扩展变大

而且,通常情况下,这些微裂纹的尺寸越大,金属表现出来的力学性能就会越差。所以,如果想要提高金属的力学性能,方向其实非常的明确:要尽量减少微裂纹的数量,同时,还要减小微裂纹的尺寸。

铝合金中微裂纹尺寸与拉断试样所需应力的关系

那么,要怎么做到减少微裂纹数量和减小微裂纹尺寸呢?

古时候的人们虽然不具备现在的材料科学知识,但他们有足够丰富的经验和耐心,采用的方法就是我们常说的“打铁”。通过不断地加热,然后在高温下对铁块进行堆叠、捶打,将那些微裂纹分开的表面重新“焊”在一起;就这样,大裂纹变成了小裂纹,有的小裂纹可能会直接消失。而铁块的力学性能也因此变好了。

经过锻打,金属中的微裂纹变少变小

当然,打铁还有很多种其他的方式:比如在常温下直接捶打,可以直接塑形并提高铁块的硬度,现在这样的过程被叫做加工硬化;或者打完的铁回炉烧红以后扔到水里冷却,俗称“淬火”;以上种种的方式都有助于实现某种特定的目的,感兴趣的朋友可以自己慢慢探索。