古人打铁时怎么渗碳？

渗碳就是增加钢铁制品的碳含量，我们现在通常把含碳量0.3—0.6%左右的叫中碳钢，之上到2%左右都是高碳钢，再高就是生铁，之下到0.1%是低碳钢，再下去就熟铁了。钢的含碳量越高就越硬。古代通常都采取表面渗碳，以提高钢铁制品的坚硬度。除渗碳外，淬火也是提高硬度的重要技术，一般在渗碳之后进行。

大陆古代怎么渗碳呢？

我们从古代传承下来以及从日本等地传承的古法冶炼和锻造的操作中，可以知道至少分两大类。

一类是在冶炼时渗碳。如日本刀匠一直使用至今的古法冶炼，其实就是较原始的使用木炭燃料进行闷烧获得海绵铁的技术。由于木炭温度最多只能达到1200度左右，因此这种冶炼通常要把木炭覆盖在矿石上连续烧好几天。而燃烧是会让钢铁失碳的，但覆盖木炭进行闷烧这种手段，使得一些未燃烧的一氧化碳经过反应，最终成了渗碳过程，部分地局部地补充了含碳量。但也由于这种冶炼方式的原因，得到的海绵铁成品成分非常复杂，还有不少有害杂质，各部位含碳量当然更不一样。所以铁匠们会把成品海绵铁砸开，然后凭经验挑出含碳量接近的部分归类，在分别用于不同的用途。这是最原始也最常见的冶炼渗碳技术之一。

还有一类是在冶炼得到成品钢铁后，在锻造过程中进行渗碳。这个过程中的手段就多了，我说的非常有意思的事情也出现在这个阶段。

手段之一，是对制品进行固体渗碳。如日本刀制造时，在折叠锻打钢铁时，会在工件外包裹纸张和草木灰及泥浆等进行锻打，这是一种渗碳手法。纸张草木灰都是渗入剂，泥浆则是分散剂，可防止碳渗入物黏结不匀、以及帮助析出炭黑。

大陆明代《天工开物》里记载的制针方法，也是固体渗碳，但和日本刀制造过程中的渗碳技术比，这是属于非常（gao）高（da）端（shang）的外热式箱体渗碳技术，科技树的高度不可同日而语。

这种技术，是把工件整好形，放入坩埚等容器中，然后盖上木炭、豆豉、土末，在容器外加热。木炭、豆豉自然都是渗碳用，土末依然是分散剂。这种渗碳技术的好处，是工件得到的渗碳非常均匀且稳定，且碳势很高，效率和效果都相当好。其实这种技术到现代也还在用的，就是所谓的“焖钢法”。

另外还有些和日本刀锻造过程中的渗碳技术一样的做法，但用的材料不一样。如明代的《物理小识》里说，要用大酱和硝涂抹工件，然后进行热处理——不要小看这点不同，就这一点点不一样，事情的性质就变了。

大酱和豆豉的材料是一样的，但硝是含氮的，所以这种渗碳技术就是碳氮共渗技术，大酱和硝是共渗介质——神（hu）奇（you）吧，用木炭豆豉泥浆是一种技术，一换成大酱和硝就成另外一种原理都不同的技术了。

另外还有用油脂、动物角和毛发指甲，以及自然灰也就是碳酸钠（这是很好的是催渗剂）等等一起进行渗碳的。实际上这种技术到现在也还在大量应用，一般用机油和碳黑等材料制成的膏剂对工件进行涂抹，然后进行渗碳处理，叫膏体渗碳。

手段之一是固体渗碳，那么之二自然就是液体渗碳了。

我想一定有很多人想知道古代那些神兵利器尤其是那些名剑都去哪里了吧？这就要说了。

《吴越春秋》里有记载制造大陆古代著名宝剑“干将”的过程。从这个记载里，可以知道干将因为“金铁之精”不能“销”，于是投入毛发和指甲，然后再让人投入大量木炭，最终“金铁之精”溶化而成剑。这其实是一种比较原始的液体渗碳技术。

在青铜器盛行的年代，出现了一把钢铁剑，当然是毫无疑问的宝剑了，削那个青铜如泥这绝不是传说。但问题在于钢铁器太容易腐蚀了，一不小心就烂成渣。从干将的记载看，我认为中国古代，尤其是春秋战国到西汉的绝大多数名剑，都因为是钢铁器所以才称雄一时，但也恰恰因为它们是钢铁器，又很快地被时间之河侵蚀因而彻底消亡——这就是为什么干将莫邪纯钧湛卢等等绝代名剑都不见后世的根本原因。

再就是著名的灌钢法了。这种技术是把生铁当渗碳剂使用，对熟铁进行渗碳，得到合适含碳量的钢。所以这种技术都是先制备好熟铁，然后将生铁溶化淋到熟铁工件上进行渗碳。这种技术在大陆文献里记载相当详细，如《天工开物》。

南北朝时期的著名刀匠綦毋怀文造宿铁刀的技术也是一种渗碳技术。《北史》的记载是这样的：“又造宿铁刀，其法烧生铁精以重柔鋌，数宿则成刚。以柔铁为刀脊，浴以五牲之溺，淬以五牲之脂，斩甲过三十札。”从“烧生铁精以重柔鋌，数宿则成刚”一句看，这依然是把生铁当渗碳剂用，且很可能他最终造出来的是某种花纹钢产品。

在渗碳技术之余，是古人对催化介质的不断认识和创新。

譬如干将用毛发指甲，以及明代文献记载中大量使用牛羊角及其灰烬、油脂、自然灰，还有箬皮灰、青盐、砂等等，都是这类。这些东西，动物毛发之类都是含氮的，氮能降低钢铁的临界温度，加大淬透性，并提高渗碳速度和工件表面硬度，是非常重要的渗碳介质。这些演变，都是渗碳技术里的一个分支发展，就是碳氮共渗技术。

在这里想提醒大家，由中国热处理行业协会和机械工业信息研究院共同主办的“2022年全国渗氮、渗碳热处理专题研讨会”将于7月份在浙江嘉兴举办，为了更充分的促进技术交流，丰富活动内容，此次会议向全行业征集相关论文，并制作论文集作为会议资料，同时举办“沪森杯”优秀论文评比活动，欢迎各位工程技术人员、高校师生和研究院所踊跃投稿。

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论文内容

论文内容要注重实用性和创新性，强化对新技术、新工艺的探索、使用和推广，可以结合研究方向，表述研究成果和试验过程；亦可以结合生产实际应用及实例，阐述其服务生产的情况。本次征文以化学热处理为征集范围，内容涉及高温化学热处理（渗碳、碳氮共渗、渗硼、渗金属等）、低温化学热处理（渗氮、氮碳共渗、渗硫、渗锌等）、多元共渗以及复合处理工艺等。

具体征文主题（包含但不限于）：

化学热处理的新技术、新工艺

各行业使用化学热处理技术的应用案例

气体渗碳工艺

固体、液体与其他渗碳工艺

气体渗氮工艺

离子渗氮工艺

真空渗氮工艺等

碳氮共渗工艺及其应用

氮碳共渗工艺及其应用

渗金属等化学热处理工艺

多元共渗的研究

渗碳或者渗氮的质量控制

化学热处理技术与其它表面技术的对比

化学热处理装备的研究、设计、使用与维护

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论文要求

论文发送word附件至电子邮箱（[email protected]），留下手机等联系方式。作者请自留论文底稿，审稿专家及编辑有权对论文进行文字加工及必要的删改，论文入选与否，均不退还来稿。论文提交截至日期2022年6月15日。

论文格式：

1.论文要求：中文题目、作者、工作单位、中文摘要（200字左右），关键词（标引3－5条），文章包括正文和参考文献。

应征论文的论点鲜明、论据可靠、文字流畅、图表清楚，一般为3000字左右。

2.参考文献格式：按文中出现次序排列，文献序号在正文中以右上角方括号中数字表示，书写格式如下：

编号．作者（姓列名前）．论文题目[J]．刊名，出版年，卷号（期号）：起-止页码

编号．作者（姓列名前）．书名[M]．版本，出版地：出版单位，出版年：起-止页码

3.图(表)：文中图(表)一律安排在正文中，图片必须清晰，不能压缩，需原图打包论文一起投稿，表格不要截成图片。

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论文发表方式及奖励

（1）进行优秀论文评选，选出优秀论文若干篇， “2022全国渗氮、渗碳热处理专题论坛”现场向获奖作者颁发证书。

（2）优秀论文可以在 “2022全国渗氮、渗碳热处理专题论坛”上宣讲。

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来源：新材料智库、中国冶金整理

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