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热处理是刀剑制造中的重要工艺之一，关乎刀剑性能好坏的灵魂所在。热处理即不改变刀剑本身的形状和整体的化学成分，而是通过改变内部的显微组织，或改变表面的化学成分，赋予或改善使用性能。而这一般不是肉眼所能看到的。但对于刀剑的好坏影响较大，从热处理工艺上亦可看出一个铸剑师的水平。 热处理是将金属（钢材）放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺方法。 在制作刀具的工艺中，我认为淬火工艺是最复杂和难以控制的。淬火工艺之所以复杂是因为淬火时要得到马氏体，冷却速度就必须大于临界冷却速度，而快速冷却又难免引起较大的内应力，往往造成刀体的变形或开裂，或者使刀的韧性降低，在使用的过程中刃口容易崩裂。如果冷却速度小于临界速度，淬火后就得不到马低体，刀刃的硬度、耐磨性和锋利度又不足。因此，淬火时，冷却速度必须恰到好处，既要保证得到马氏体又要减小变形、防止开裂、保持韧性，这是淬火工艺上最主要的问题。 淬火：将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于710℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四 把火”，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。“强锻”后，使用特殊淬火剂作“柔化”处理，使剑身刚柔并寓，能屈能伸。属高精工艺，非一般匠工所能得心应手。 钢的过冷奥氏体的等温转变曲线↑↑↑ 一、淬火时最理想的冷却速度 为了满足上述要求，我们首先必须掌握钢淬火时最理想的冷却速度。从上面过冷奥氏体的等温转变曲线坐标图我们可以知道，过冷奥氏体在650—500度的范围内转变的速度是最快的，高于这个温度范围和低于这个温度范围，过冷奥氏体都比较稳定，转变速度稍微缓慢。所以淬火时要得到马氏体，并不需要在整个冷却过程中快速冷却，而是在650—500度之间快速冷却，在650度以上可以冷却得慢一点，减少刀体内外温差所引起的热应力，在300度以下又可以冷却得慢一点，避免奥氏体向马氏体转变过程有先后，引起过大的组织应力(在300度以下，钢的塑性小，强度大，在热应力和组织应力的共同作同下，易造成变形和开裂)。综上所述，钢材理想的淬火冷却速度是：从慢(650度以上)到快(650—500度)再到慢(300度以下)的冷却过程。 二、 选择合适的淬火剂和淬火方法 分析各种常用淬火剂的冷却能力和各自的局限性，选择合适的淬火剂和淬火方法，使淬火时钢的实际冷却速度接近理想冷却速度。 1、 水在650-500度的冷却能力很大，很容易淬硬，但在300—150度时冷却速度仍然太快，会残存大量内应力，使刀体韧性不足，严重时淬裂。 2、 油在300—200度的范围的冷却能力较小，不易淬裂，但在650—500度冷却能力不够大，比不上水的冷却能力，不易淬硬。 3、 使用水、油双液淬火法使实际冷却速度接近理想冷却速度。将加热到奥氏体化后的刀先淬入水中，估计冷却到400—300度时迅速转入油中，使过冷奥氏体在油中缓慢转变到马氏体。这样既能保证得到高硬度的马氏体又能保持较好的韧性，降低内应力和防止变形、开裂，是比较理想的淬火方法。关键是在水中停留的时间要掌握好，我一般的经验是1.5秒以下，一般1秒。刀条厚度很大时适当增加水中停留时间，但不要超过1.5秒。经验不足时可以先取几条边角料做样品练习几次，检查硬度后记住最佳时间。 4、 采用自回火的淬火方法，此法之前已经发帖讲过，在此不再赘述 三、自制淬火剂和使用方法 上面说到：钢材理想的淬火冷却速度是：慢(650度以上)—快(650—500度)—慢(300度以下)的冷却过程。为了使淬火时钢的实际冷却速度接近理想冷却速度，应选择合适的淬火方法和淬火剂。 常用的淬火方法有：单液淬火法、双液淬火法、分级淬火法和等温淬火法几种。一般情况也只能做到前面两种方法，后两种在业余条件下是很难做到的。所以我们必须通选择淬火剂来保证淬火质量。工业上通常是用盐、碱、水玻璃、聚乙烯醇、氯化锌－碱等配制成的水溶液做成的淬火剂。这些淬火剂虽然能满足一般的淬火工艺要求，但其有强腐蚀性，不易清洗等缺点，在应用的过程中，有些需要采取保护措施，因此不适合业余条件下DIY。 关于自己配制的淬火剂 要适合DIY就必须简单有效。刚开始想到了油水混合物，但油水混合后油浮在水上，淬火的过程就变成了先入油后入水，这样就刚好与双液淬火的顺序相反，不可取。最后我想到了平时覆土烧刃时用的黄泥，如果把黄泥均匀的搅拌到水里，效果应该和工业上的水玻璃溶液、聚乙烯醇水溶液差不多，这样的材料易得，适合DIY了，实验证明这种想法是对的。 这里把黄泥配制的淬火剂介绍一下： 第一种方法：把黄泥均匀搅拌到水里，浓度可以根据经验自己定，不同的钢材使用不同的浓度。不同浓度的泥水冷却速度曲线的拐点和斜率不同。因为我在配制的过程没有计量，所以现在不能给大家一个准确的数据。淬火时，把烧红的刀条在空气中却一下，估计到700度时放入配好的泥水中冷却即可。整个冷却过程就接近钢的理想冷却速度。它的原理是：先在空气中缓冷，再泥水中急冷，到达低温区时黄泥在刀表面凝结，阻碍了水的接触，使低温区的冷却速度降低。 第二种方法：在水中放入较多的黄泥，搅拌均匀后静置一段时间，等到黄泥下沉以后可以看到黄泥和清水分成两层，调整清水层厚度为一到二公分左右（视刀体厚度而定）。淬火时把烧红的刀条在空气中冷却一下，估计到700度时把刀条直立放入已分层的泥水中。控制好放入的速度。 此法的原理是：先在空气中缓冷，再入水急冷，最后入泥中缓冷。与第一种方法相比，在鼻温附近（约650-500度）直接入水，冷却速度更快。当第一种淬火硬度不足时用第二种方法。我用此法试淬锻后的弹簧钢板，弹性恢复很好，几乎和原装无异，硬度也足以达到做刀的要求。 单刃刀烧刃淬火的内应力分析及防止淬裂的措施 最近看到有兄弟烧刃时刀刃淬裂，使前期的辛苦劳动毁于一旦，真是痛心疾首!为了避免此类问题的发生，这里谈谈自己烧刃的一点心得，或许对一些需要帮助的朋友有所启发。 应力分析：不管是哪种烧刃方法，目的只有一个：那就是对刀刃进行淬火，以获得高硬度，高耐磨性；而刀身刀背不淬火，以获得良好的韧性，提高刀的抗弯、抗冲击的能力。所以，当我们把烧红的刀条放入淬火剂时，刀刃迅速冷却，尺寸收缩，此时因为刀身和刀背的温度还很高，仍然具有良好延展性和塑性，这时候由于刀刃收缩形成内应力不是很大。当刀刃冷却定形以后，刀背刀身逐渐冷却收缩，整个刀条向后弯曲变形。此时由于刀刃已经淬硬，失去塑性变形的能力，刀刃在刀背收缩应力的作用下很容易被撕裂。（淬火后得到的马氏体本身残存大量的内应力，高硬度高脆性，刀背又比刀刃厚很多，其冷却收缩过程产生的应力足以把刃口撕裂） 防止开裂的措施 从以上的分析可以看出，刀刃淬裂的原因不是因为刀刃冷却收缩时缩裂，而是因为刀背冷却收缩时刀条向后弯曲产生的拉应力把刀刃撕裂，一般开裂的地方主要在刀刃具有弧度转弯的地方，此处应力最集中。避免开裂的措施是利用刀背的余温及时对刀刃进行回火。我一般的做法是：对于单刃刀不用敷土烧刃，以便通过颜色判断温度。把浇红的刀条浸入入水中，刀刃向下，浸入的深度为刀条宽度的一半，有点倾斜，刀尖部分刚好浸入水中为宜，保持1~1.5秒(此时刀刃已经冷却到200度以下，而刀背还处于红色状态)，迅速把刀条从水中抬起，两眼紧盯刀条冷区和热区之间的交界线，此时交界线之间会出现一条“彩虹”，在刀背剩余温度的作用下，“彩虹”向刀刃移动，当“彩虹”的金黄*域靠近刃口时再一次把刀刃浸入水中，又迅速抬起来，仍然密切观注“彩虹”的变化，当“彩虹”继续向刃口移动时，再一次把刀刃浸入水中。总之，烧刃结束后，“彩虹”金黄区域刚好进入刃口为最佳!实际操作过程定要做到眼疾手快，如果回火不及时，刀刃可能淬裂，即使不裂，刀刃韧性不足，容易崩口；回火温度过高，淬不硬。不熟悉的刀友可以先随便拿几块铁板试试，看清楚了手熟练了再试刀，以免造成不必要的损失。利用这个方法处理过的轴承钢可以大力劈砍铁丝不卷口不崩刃(粗开刃)。效果非常令人满意。
最后说明 一、以上方法适用于不太长的单刃刀，双刃刀暂时不讨论。 二、不同的钢材回火温度不相同，比如轴承钢为“彩虹”金黄区域到达刃口为最佳，而弹簧钢可以蓝色接近刃口。关于回火色标温度，以后有机会再述。
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