星纹铁水在石墨黏土坩埚中成功熔炼并浇铸成锭,如同在黑暗的迷宫中点亮了第一盏灯,照亮了方向,但前路依旧崎岖。银灰色的铁锭冷却后,硬度依旧惊人,但脆性似乎比矿石状态更为显着,轻轻敲击边缘,便有细小碎屑崩落。显然,仅仅是熔化铸造成型,远未激发出这种奇异合金真正的潜力,更未达到传说中“削铁如泥”的神兵境界。
下一步的关键,在于热处理——淬火与回火。
这是钢铁性能的灵魂所在,对于成分复杂、特性未知的星纹铁而言,更是如同在万丈深渊上走钢丝,一步踏错,便是前功尽弃,甚至可能引发灾难性后果(比如淬火时彻底碎裂,或回火不当导致性能不增反降)。
云湛再次埋首于理论与试验中。他根据星纹铁高镍含量的推测,结合前世对合金钢热处理的一知半解,开始设计一套严谨而大胆的热处理方案。
淬火,目的是将高温下的奥氏体(在此时代他无法明确此概念,但知其原理)快速冷却,转变为高硬度的马氏体。对于高碳钢,常用清水淬火,但星纹铁脆性大,直接水淬很可能炸裂。油,作为一种冷却速度介于水和空气之间的介质,或许是更好的选择。他准备了菜籽油、桐油、甚至尝试用动物油脂混合制备的不同冷却特性的“淬火油”。
回火,则是将淬火后脆硬的内应力部分消除,在保持足够硬度的同时,提高韧性。关键在于回火温度和时间。温度太低,应力消除不足;温度太高,硬度和强度会过度下降。这需要精确的控制和反复的尝试。
试验在极度保密和小心的情况下进行。每一块从初铸锭上切割下来的小试样,都被编号记录,称重,测量初始尺寸和硬度。
云湛设计了一个小型、可精确控温的“回火炉”——实际上是一个特制的陶罐,内置炭火,通过调节风门和炭量,并用多个插入不同深度的铁针观察其变色情况(不同温度下铁氧化颜色不同,这是一种古老的测温方法,云湛将其系统化、精细化),来相对精确地控制罐内温度区间。
第一次尝试,试样加热至暗红色(估计约800摄氏度),投入常温的菜籽油中。
“嗤——!”
青烟猛烈升腾,油面沸腾。取出后,试样表面覆盖一层黑色氧化皮,硬度测试显示极高,但用铁钳轻轻一掰,“咔嚓”一声,断成两截,断面呈亮白色颗粒状,典型的淬火过度、脆性极大。
失败。
第二次,降低加热温度至橘红色(约700摄氏度),改用冷却更缓的温热桐油。淬火后试样未裂,硬度尚可,但韧性测试(用重物敲击)仍显脆弱。
不够。
第三次,尝试“双液淬火”——先入水快速冷却片刻,立刻转入油中缓冷。结果难以控制,试样或裂或软,性能不稳。
放弃。
云湛没有气馁。他意识到,或许问题不仅在于淬火介质,更在于淬火前的“奥氏体化”是否充分、均匀,以及回火工艺的匹配。
他改进了加热方式,将试样置于特制的、带盖的小型石墨黏土“均热盒”中,再放入焦炭炉内加热,力求温度均匀,并延长保温时间,让合金元素充分扩散。
淬火介质,他最终选定了一种自配的“复合淬火油”——以桐油为基础,加入少量松香(调节粘度与冷却特性)和经过煅烧、研磨极细的黏土粉末(旨在形成细微的蒸汽膜,调节冷却速度,减少变形和开裂风险)。
最关键的回火工艺,他决定进行系统性的梯度试验。将一批经过优化淬火处理的试样,分别放入不同温度的回火炉中(通过观察铁针氧化颜色,划分为“浅麦黄”“深麦黄”“紫红”“蓝灰”等几个粗略温度区间),并保持不同的时间。
试验日复一日,小院中弥漫着油脂、金属和焦炭的混合气味。记录数据的纸张堆积如山,上面写满了编号、温度描述、时间、以及测试后的硬度(用划痕法比较)、韧性(弯曲角度或敲击至断裂的冲击次数)描述。
失败,调整,再失败,再调整……枯燥、煎熬,却又充满希望。每一次微小的性能改善,都让云湛和几位核心匠人精神一振。
终于,在经历了数十次失败后,一组编号为“甲七”的试样,呈现出令人惊喜的综合性能。
它经过充分均匀加热至亮橙色(估计约850-900摄氏度),在特制复合油中淬火,表面形成致密均匀的暗色硬化层,未开裂。随后,在“深麦黄”至“紫红”色之间(估计约300-400摄氏度)的温度区间内,回火保持约半个时辰。
测试结果:其硬度仅次于最初那批脆裂的试样,但韧性却有了质的飞跃!用铁钳用力弯曲,能感觉到明显的塑性变形而非直接断裂;用重锤从固定高度敲击,需要数次才会崩缺,而非一击即碎。更令人惊讶的是,用其棱角去划普通钢锭,如同利刃划过软木,留下深而清晰的刻痕,而自身刃口几乎无损!
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