【對(duì)武士刀鍛造工藝的理解】... 12

【對(duì)力學(xué)概論的感悟與建議】... 13

【對(duì)力學(xué)學(xué)科的認(rèn)識(shí)】

【力學(xué)史】力學(xué)的發(fā)展在歷史年代順序上和學(xué)科邏輯順序上大體相同,這種發(fā)展反映出人類認(rèn)識(shí)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜逐步深化的過(guò)程。牛頓定律的建立是力學(xué)發(fā)展過(guò)程中重要的里程碑.經(jīng)典力學(xué)從此奠定基礎(chǔ)并根據(jù)學(xué)科自身的邏輯規(guī)律發(fā)展著.在近代和現(xiàn)代,力學(xué)隨著研究 內(nèi)容的深入和研究領(lǐng)域的擴(kuò)大逐漸形成各個(gè)分支,近年來(lái)又出現(xiàn)了跨分支,跨學(xué)科綜合研究的趨勢(shì).

力學(xué)的發(fā)展是分析和綜合相結(jié)合的過(guò)程。從總的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，牛頓運(yùn)動(dòng)定律建立以前力學(xué)研究的歷史大致可分為兩個(gè)時(shí)期：①古代,從遠(yuǎn)古到公元5世紀(jì)，對(duì)平衡和運(yùn)動(dòng)有初步的了解;②中世紀(jì),從6世紀(jì)到16世紀(jì),這個(gè)時(shí)期對(duì)力、運(yùn)動(dòng)以及它們之間的關(guān)系的認(rèn)識(shí)已有進(jìn)展，為牛頓運(yùn)動(dòng)定律的建立作了準(zhǔn)備。牛頓運(yùn)動(dòng)定律的建立和從此以后力學(xué)研究的歷史大致可分為四個(gè)時(shí)期：①從17世紀(jì)初到18世紀(jì)末，經(jīng)典力學(xué)的建立和完善化；②19世紀(jì),力學(xué)各主要分支的建立；③從1900年到1960年,近代力學(xué)，它和工程技術(shù)特別是航空、航天技術(shù)密切聯(lián)系；④1960年以后，現(xiàn)代力學(xué)，力學(xué)同計(jì)算技術(shù)和自然科學(xué)其他學(xué)科廣泛結(jié)合。

當(dāng)然，各個(gè)時(shí)期的分界年代并不是絕對(duì)的。

【現(xiàn)代力學(xué)】現(xiàn)代力學(xué)對(duì)計(jì)算機(jī)的科學(xué)計(jì)算十分依賴。體現(xiàn)為力學(xué)各學(xué)科眾多軟件的廣泛應(yīng)用。力學(xué)在土木工程、機(jī)械工程、航空航天工程、水利工程、船舶工程、能源工程等眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，與其他學(xué)科交叉產(chǎn)生了眾多交叉學(xué)科。如生物力學(xué)中的骨力學(xué)、軟組織力學(xué)、心臟力學(xué)血液流變學(xué)和血流動(dòng)力學(xué)。

總的來(lái)說(shuō)，力學(xué)的發(fā)展史蘊(yùn)含著一門(mén)科學(xué)發(fā)展的規(guī)律，對(duì)現(xiàn)代力學(xué)在現(xiàn)代社會(huì)應(yīng)用廣泛而深遠(yuǎn)。

【力與刀】

——以日本武士刀為例，討論力學(xué)在制刀業(yè)的應(yīng)用

【刀的歷史地位與現(xiàn)代戰(zhàn)斗刀的價(jià)值】

在現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)，戰(zhàn)刀作為一種冷兵器，雖然已經(jīng)沒(méi)有冷兵器時(shí)代戰(zhàn)爭(zhēng)中的核心地位，但即是與槍支相比，戰(zhàn)刀以其隱秘性和可靠性，仍是在特殊戰(zhàn)線上行動(dòng)的士兵最信賴的戰(zhàn)友。

刀自古以來(lái)就是英雄和權(quán)力的象征與化身。作為工具，它是日常生活和應(yīng)急生存的好幫手；作為武器，它被戰(zhàn)士視為生命一般重要。據(jù)說(shuō)美國(guó)的精銳部隊(duì)中流傳著這樣一句名言：“One knife，one life”，有人直譯為“一把刀，一條命”，意譯可理解為“好刀伴一生”。一把好刀的重要性不言而喻，它不僅能協(xié)助戰(zhàn)士完成特殊使命，保護(hù)自己和戰(zhàn)友的生命安全，而且作為隨身戰(zhàn)斗工具，它還能給予戰(zhàn)士堅(jiān)強(qiáng)的信念支持。

力學(xué)在現(xiàn)代的眾多領(lǐng)域應(yīng)用深廣。其中材料力學(xué)，結(jié)構(gòu)力學(xué)等，在起到十分重要的作用。在新榜網(wǎng)的世界十大著名軍刀中的冷鋼三美武士刀，其優(yōu)良的力學(xué)性質(zhì)引人注目。

【現(xiàn)代軍刀賞析——冷鋼三美武士刀】

三美III（San Mai III）：（Cold Stell公司出品）用的是一種非常昂貴的，傳統(tǒng)風(fēng)格的日本碾壓鋼。以堅(jiān)硬的高碳不銹鋼夾在中間作為刀刃的核心，上下各加一層韌性和彈性都很好的不銹鋼來(lái)輔助和增強(qiáng)，最后的成品具有兩種材料鋼的特性，這種碾壓出來(lái)的鋼材比特韌的AUS 8A堅(jiān)固25%。三美III的特征是刀鋒處的線渦紋路，遍及整個(gè)刀刃的邊緣，是由于打磨時(shí)各鋼層顯露出來(lái)而形成的。每把刀的線紋長(zhǎng)度各有不同，因?yàn)槊恳黄?SPAN lang=EN-US>III都是獨(dú)一無(wú)二的。象AUS 8A不銹鋼一樣，三美III由現(xiàn)代精確傳送熔爐熱處理和零下低溫淬水流程，改進(jìn)鋼材的微觀結(jié)構(gòu)，去掉雜質(zhì)。最后的成品刀刃比一般不銹鋼刀刃具有更好的彈性和保持性（硬度可達(dá)到60以上），刀身也具有非常好的韌性。[①]

三美武士刀以低碳鋼（韌性和彈性較強(qiáng)）與高碳鋼（硬度較高）組合以達(dá)到刀刃堅(jiān)硬而刀身不易斷的優(yōu)良特質(zhì)。而這種方法，源自日本傳統(tǒng)武士刀的制作工藝。

【武士刀簡(jiǎn)介】

日本刀（にほんとう，Nihontou），由唐代的唐刀改良而成 ，在日本又稱為刀（かたな，Katana）。全稱為平面碎段復(fù)體暗光花紋刃，世界三大名刃之一。依據(jù)形狀、尺寸分為太刀、打刀（刀）、脅差（脅指）、短刀等。一般日本刀柄與刀刃的比例是1:4，刀柄雙手持握，劈殺有力，其彎曲程度控制在“物打”（又稱“物內(nèi)”）即鋒尖下16.7mm處，砍劈時(shí)此處力量最大，十分符合力學(xué)原理。刀背稱“棟”或“脊”，用以抵擋攻擊，有平、庵、三、丸四種。日本刀的材料鋼，被稱作和鋼（わこう，Wakou）或玉鋼（たまはがね，Tamahagane）。錘鍛的方法有很多，如十字鍛、折子木鍛、短冊(cè)鍛、木葉鍛等，紋樣各異。[②]

傳統(tǒng)武士刀鍛造業(yè)作為一種人工密集型產(chǎn)業(yè)，注定無(wú)法批量生產(chǎn)。在日本封建時(shí)期，也僅有身為貴族的“武士”階級(jí)才能佩刀。而到了明治維新開(kāi)始，1873年開(kāi)始禁止武斗，1876年禁止警察，軍人以外的人帶刀的廢刀令出臺(tái)，日本刀鍛造行業(yè)急速衰退。到現(xiàn)代，作為一項(xiàng)傳統(tǒng)工藝，傳統(tǒng)武士刀鍛造法仍在日本的制刀師傅中傳承。

另一方面，武士刀演變自唐刀，武士刀鍛造業(yè)在其千百年的發(fā)展中，刀匠大師們總結(jié)了種種經(jīng)驗(yàn)。從鋼材的冶煉，挑選，到鋼材在刀身不同部位的搭配，再到成形刀的熱處理過(guò)程，處處蘊(yùn)含著豐富的力學(xué)知識(shí)。

【武士刀制作基本工序】

不同的刀工流派，在不同的年代，都有不同的制刀方法，以下只能約略列出一般典型的制刀步驟：

第一步. 「水挫」 (Mizuheshi)——又稱為「水減」。即是將「玉鋼」加熱并錘打成厚度為約5mm 的薄片。聽(tīng)起來(lái)像是很簡(jiǎn)單的工序，其實(shí)不然... 為了控制鋼材的含碳量(含碳量的保留/ 流失)，加熱的次數(shù)有嚴(yán)格限制；而且「玉鋼」的硬度在其續(xù)漸冷卻時(shí)會(huì)有所改變。只有經(jīng)驗(yàn)老到的刀匠才能準(zhǔn)確把握施錘力度的變化，在限定的加熱次數(shù)下將「玉鋼」打鏈成厚薄均一的薄片。鋼片成形后，刀匠會(huì)用水將其急速冷卻。含碳量足夠的部份會(huì)自然碎落，作為制刀的材料。刀匠要對(duì)鋼片的溫度和用水的份量有極準(zhǔn)確的把握，才能夠收集到含碳量合適的材料。余下的部份，刀匠會(huì)留待將來(lái)再用。以現(xiàn)代材質(zhì)學(xué)的角度來(lái)看，這個(gè)步驟算是刀匠控制鋼材含碳量的手法

第二步. 「小割」 (Kowari)——將鋼料打碎成2到3 cm長(zhǎng)短的細(xì)塊。不碎的部份就是含碳量過(guò)低，有些刀匠會(huì)用這個(gè)來(lái)制作刀劍的「芯鐵」。

第三步. 制作燒臺(tái)——燒臺(tái)將會(huì)成為刀身的一部份，所以必需以優(yōu)質(zhì)的「玉鋼」制造。 (燒棒不是刀身部份，可以用任何鋼料制作。)

第四步. 「積重」 (Tsumikasane)——將「小割」工序所得的碎鋼塊一層一層的焊接在燒臺(tái)之上，如此熱力就可以均勻傳遞。鋼塊的熱黏性對(duì)焊接的效果有決定性的影響，而熱黏性則取決于鋼材的純度和含碳量，所以選用「玉鋼」和進(jìn)行第一步的「水挫」工序是必要的。不同的刀工流派有不同的焊接方式... 平行排列的焊接稱為「短冊(cè)鍛」，交差排列的稱為「拍木鍛」，十字形排列的稱為「木葉鍛」或「十文字鍛」。以鍛造一支「刀」(「打刀」) 為例，就需要積聚約2 到3 kg 的鋼材。

第五步. 「積沸」 (Tsumiwakashi)——將「積重」工序辦好的物料放回爐火，以確保鋼料能夠完全焊合。為確保鋼料與空氣完全隔絕(以免爐火消耗鋼材中的含碳量) 和容許細(xì)慢而均勻的熱力處理，置入爐火前刀匠會(huì)將鋼料用沾滿泥汁和稻草灰的和紙將鋼料緊緊包好。刀匠必需小心掌握爐火的溫度和加熱的時(shí)間。

第六步. 折返鍛煉

將「積沸」工序辦好的鋼料捶打至扁平，再折疊重回焊接，如此反復(fù)。若重復(fù)10 次，可以造出有1024 層的鋼材（2的10次方）。。
第七步. 「造邊」——依照刀身不同部位的力學(xué)性質(zhì)需要搭配鋼材。

典型的“皮鐵包芯鐵”法是將一層剛硬的「皮鐵」(Kawatetsu) 包裹著另一柔韌的「芯鐵」(Shintetsu)，焊合?！钙よF」由含碳量較高的「玉鋼」經(jīng)10 到15 次的「折返鍛煉」制成，而「芯鐵」則以由含碳量較低的「庖丁鐵」或用含碳量低的「玉鋼」)經(jīng)5 到6 次的「折返鍛煉」制成。

第八步. 「素廷」
   將「造邊」工序準(zhǔn)備好的混合鋼材打造成長(zhǎng)條形，成為刀身的基本形狀。

第九步.打造「切先」

為確?！盖邢取古c刀身有同樣的混合鋼材分布，也為了得到通順的表面紋理，刀匠會(huì)將刀尖斜斜切去一段(尖角在邊鋒的位置)，再以小錘將尖角打造成向后的彎弧，成為「切先」。制作「切先」是最考究手工的步騾，所以由制成品的「切先」可以看出刀匠本身的功力。

第十步. 「火造」
   以小錘將刀身各部份打造成形和修正。

第十一步. 「燒入」
  最后的火鍛工序：刀匠用粘土、木炭粉和磨刀石的粉末調(diào)制「燒刃土」(Yakibatsuchi) (不同的流派有不同的成份和調(diào)制法)，再將成形的刀身用「燒刃土」包封。 「刃」的范圍用土較薄，「鎬地」和「棟」的范圍用土較厚?；旧希笩型痢沟姆植伎梢杂赏瓿善返摹溉形摹箍闯鲆稽c(diǎn)。泥封好的刀身會(huì)被放到攝氏750 至760 度的爐火之中。經(jīng)過(guò)特定的加熱時(shí)間，刀匠就會(huì)將刀身移離爐火，再放到水中急速冷卻，即是"淬火"。急速淬火，會(huì)產(chǎn)生高硬度的麻田散鐵（亦即是馬氏體martensite）

第十二步. 「合取」將燒刃過(guò)后的刀重新置回火床上，經(jīng)過(guò)一短暫的特定時(shí)間和溫度，立即取出刀體，完成回火之動(dòng)作，即為回火。

第十二步. 鍛冶押、刀身雕刻、銘入
   再經(jīng)過(guò)初步的打磨、開(kāi)「目釘穴」、銼「鑢目」、刻「銘」等工序后，刀匠的責(zé)任可以說(shuō)是到此為止了。一般來(lái)說(shuō)，日本刀的「研磨」、造鞘、金銀裝飾、卷柄等工序另有專人負(fù)責(zé)，不是刀匠的工作范圍[③]

【部分制作工藝的力學(xué)簡(jiǎn)析】

一、鋼材性質(zhì)與含碳量

制作刀劍的鋼材，有兩個(gè)基本屬性需要考慮，一是硬度，二是沖擊韌性。依照材料力學(xué)的定義，硬度是金屬材料抵抗更硬的物體壓入其內(nèi)的能力（也就是這把刀能夠切割多硬的東西），沖擊韌性是材料抵抗沖擊載荷的能力。

制刀過(guò)程中，鋼材選擇上，追求刃口的硬度與刀身整體的沖擊韌性兼?zhèn)?。格斗中，刃口則應(yīng)足夠堅(jiān)硬，以保證其鋒利程度以及刃口不致崩壞；而刀身應(yīng)具有一定沖擊韌性，以免在對(duì)方兵器的沖擊下，刀身輕易折斷。然而，即使刀身整體沖擊韌性足夠，也并非追求整體的硬度越高越好，刀背如果跟刀鋒一樣硬度很高，那么沖擊時(shí)刀刃吸收的能量過(guò)大，刀刃將會(huì)容易碎裂。

總的來(lái)說(shuō)，日本刀的材料主要為「玉鋼」(Tamahagane) 碳含量1.0 到 1.7%和「庖丁鐵」約為 0.1 到 0.3%。

二、用血汗換取質(zhì)素的藝術(shù)

——“折返鍛煉”對(duì)鋼材質(zhì)地與鐵晶體的影響

日本古時(shí)一直未有機(jī)會(huì)發(fā)展高溫?zé)挔t的技術(shù)，要煉制均質(zhì)的刀劍就非常困難。為克服這個(gè)問(wèn)題，刀匠采用「折返鍛煉」的技術(shù)。「折返鍛煉」可以提高鋼材均質(zhì)程度，使鐵晶體[1]更細(xì)致，同時(shí)也能減少雜質(zhì)，

將「積沸」工序辦好的鋼料捶打至扁平，再折疊重回焊接，如此反復(fù)。層次愈多，鋼材中的碳和各種成份就會(huì)更加均一，鐵晶體也會(huì)更細(xì)致，制成品的強(qiáng)度亦會(huì)較高。 (注：不過(guò)層次越多，也意味著鋼材在煉爐中的時(shí)間越長(zhǎng)，鋼材中的碳含量亦可能會(huì)流失過(guò)多，制成品的硬度就會(huì)受到影響，鋒利程度亦會(huì)有所限制。因此，日本的刀劍通常不會(huì)經(jīng)過(guò)15次以上的折返鍛煉。)

世界各地以高溫?zé)挔t制成的刀劍，成形后都會(huì)有鐵晶體肥大的問(wèn)題。根據(jù)熱力學(xué)的解譯，在高溫?zé)捴七^(guò)程中，細(xì)少的鐵晶體為減少其數(shù)目(減低總表面積)，會(huì)自行互相結(jié)合，重組成數(shù)目較少，體積較大的鐵晶體。如此一來(lái)，鋼材的強(qiáng)度就會(huì)受到影響。所以，以高溫?zé)挔t制成的刀劍在淬火之后(即是將白熱的鋼材投到水/ 油中冷卻)，必須重新置回低溫爐火數(shù)小時(shí)，令細(xì)少的鐵晶體在原有的晶體之間重新結(jié)晶，回復(fù)強(qiáng)度和韌性。不過(guò)，長(zhǎng)時(shí)間的爐火鍛煉又會(huì)令碳含量過(guò)份流失，影響制成品的表面硬度和鋒利程度。相對(duì)于西方的刀劍，以低溫?zé)挔t(低于攝氏1000 度) 煉制的日本刀，鐵晶體一直能夠保持在細(xì)密的狀態(tài)。

在「折返鍛煉」期間，不斷的錘打會(huì)令鋼材中一大部份的雜質(zhì)化為火花飛走。從微觀上看，雜質(zhì)是鋼材的瑕疵。也是鋼材的「強(qiáng)度弱點(diǎn)」，在反復(fù)受到?jīng)_擊時(shí)，金屬損害往往由「強(qiáng)度弱點(diǎn)」開(kāi)始，蔓延至材質(zhì)的整體，成為全面的損壞?！笍?qiáng)度弱點(diǎn)」的數(shù)目愈少，慢廷破壞的機(jī)會(huì)也隨之減少。所以，鋼材愈純凈，其強(qiáng)度和韌性就會(huì)愈高。

此外，經(jīng)過(guò)「折返鍛煉」的刀劍會(huì)出現(xiàn)有如木紋一般的表面紋理(「地肌」)，美觀之極。

(注：有利必有弊。高溫?zé)挔t中的鋼材較軟，較易打造成形；低溫?zé)挔t中的鋼材較硬，較難打造，甚至不是個(gè)人的體力所能應(yīng)付。如果折返層不能完全焊合，就會(huì)成為潛在的裂口，變成完成品的瑕疪。所以，一般打造過(guò)程中，刀匠會(huì)緊持鋼材，并發(fā)號(hào)施令，由兩三名體壯力健的弟子從旁以長(zhǎng)柄大錘敲打。換句話說(shuō)，制作日本刀是人力集約的工事，以血汗換取質(zhì)素的偉大藝術(shù)。)

三、刀身橫截面結(jié)構(gòu)

——討論“造邊”技藝中在刀身各個(gè)部位鋼材搭配的效用

日本刀鋒利而又不易彎曲，即是擁有刃口的高硬度的特性。同時(shí)，日本刀又不易折斷，即是擁有刀身的高沖擊韌性的特性。

集剛?cè)嵊谝簧?，日本刀如何做到呢？有別于世界各國(guó)的刀劍，日本刀并非由一塊鋼材打造而成。在其制作工序中，獨(dú)具體色的“造邊”工藝是將不同性質(zhì)的鋼料搭配組合，從而達(dá)到刀的剛?cè)岷弦弧?SPAN lang=EN-US>

不同的刀工流派采用不同的鋼料搭配方式，有的刀匠會(huì)在刀刃部位采用用硬度更高的「刃鐵」(Hatetsu)，或是在刀背采用硬度更低的「棟鐵」(Munetetsu)，或采用經(jīng)折疊卻沒(méi)有焊合的雙層「芯鐵」。

總的來(lái)說(shuō)，在工序“造邊”中，刀匠將不同含碳量的鋼材組合。以本三枚式造邊發(fā)為例

其次、在刀內(nèi)部用含碳量低，也是強(qiáng)度更大的鋼，可以保證刀身足夠高的沖擊韌性。

最后、在刀側(cè)，用含碳量適中，富有韌性與彈性的刃金包裹刀身。在收到?jīng)_擊時(shí)，可以通過(guò)彈性形變將部分能量吸收。減小刃部所受的應(yīng)力。又可進(jìn)一步加強(qiáng)刀身的穩(wěn)定性。

四、鋼材熱處理過(guò)程

——討論“燒入”、“合取”工序?qū)Φ渡淼挠绊?/SPAN>

（一）金屬熱處理簡(jiǎn)介

金屬熱處理是機(jī)械制造中的重要工藝之一，與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)成分，而是通過(guò)改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點(diǎn)是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能看到的。

    為使金屬工件具有所需要的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，除合理選用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最廣的材料，鋼鐵顯微組織復(fù)雜，可以通過(guò)熱處理予以控制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內(nèi)容。

整體熱處理部分工藝的簡(jiǎn)介

（1）：淬火：指將鋼件加熱到Ac3 或Ac1（鋼的下臨界點(diǎn)溫度）以上某一溫度，保持一定的時(shí)間，然后以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度，獲得馬氏體（或貝氏體）組織的熱處理工藝。淬火的目的：使鋼件獲得所需的馬氏體組織，配合以不同溫度的回火，以大幅提高鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度以及韌性等，從而滿足各種機(jī)械零件和工具的不同使用要求。
（2）：回火：指鋼件經(jīng)淬硬后，再加熱到Ac1 以下的某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。常見(jiàn)的回火工藝有：低溫回火，中溫回火，高溫回火和多次回火等?；鼗鸬哪康模褐饕窍摷诖慊饡r(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)力，使鋼件具有高的硬度和耐磨性外，并具有所需要的塑性和韌性等。
（3）：調(diào)質(zhì)：指將鋼材或鋼件進(jìn)行淬火及回火的復(fù)合熱處理工藝。使用于調(diào)質(zhì)處理的鋼稱調(diào)質(zhì)鋼。它一般是指中碳結(jié)構(gòu)鋼和中碳合金結(jié)構(gòu)鋼。
（4）：化學(xué)熱處理：指金屬或合金工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其化學(xué)成分，組織和性能的熱處理工藝。常見(jiàn)的化學(xué)熱處理工藝有：滲碳，滲氮，碳氮共滲，滲鋁，滲硼等?；瘜W(xué)熱處理的目的：主要是提高鋼件表面的硬度，耐磨性，抗蝕性，抗疲勞強(qiáng)度和抗氧化性等。

鋼鐵鍛造過(guò)程有兩種結(jié)構(gòu)對(duì)其力學(xué)性質(zhì)影響深刻，分別為奧氏體與馬氏體。奧氏體是一種塑性很好，強(qiáng)度較低的固溶體，具有一定韌性。不具有鐵磁性。古代鐵匠打鐵時(shí)燒紅的鐵塊即處于奧氏體狀態(tài)。奧氏體因?yàn)槭敲嫘牧⒎?，四面體間隙較大，可以容納更多的碳。

奧氏體急速冷卻（淬火）形成馬氏體，這種情況下奧氏體中固溶的碳原子沒(méi)有時(shí)間擴(kuò)散出晶胞。當(dāng)奧氏體到達(dá)馬氏體轉(zhuǎn)變溫度（Ms）時(shí)，馬氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始產(chǎn)生，母相奧氏體組織開(kāi)始不穩(wěn)定。在Ms以下某溫度保持不變時(shí)，少部分的奧氏體組織迅速轉(zhuǎn)變，但不會(huì)繼續(xù)。只有當(dāng)溫度進(jìn)一步降低，更多的奧氏體才轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。最后，溫度到達(dá)馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度Mf，馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束。

馬氏體不是一種平衡組織。平衡組織的形成需要很慢的冷卻速度和足夠時(shí)間的擴(kuò)散，而馬氏體是在非?？斓睦鋮s速度下形成的。由于化學(xué)反應(yīng)（向平衡態(tài)轉(zhuǎn)變）溫度高時(shí)會(huì)加快，馬氏體在加熱情況下很容易分解。這個(gè)過(guò)程叫做回火。由于淬火過(guò)程難以控制，很多淬火工藝通過(guò)淬火后獲得過(guò)量的馬氏體，然后通過(guò)回火去減少馬氏體含量，直到獲得合適的組織，從而達(dá)到性能要求。馬氏體太多將使鋼變脆，馬氏體太少會(huì)使鋼變軟。[④]

（二）鍛造過(guò)程的熱處理工序

在武士刀鍛造過(guò)程中，尤其是 “燒入”工序中，泥封、加熱、淬火；及“合取”工序中的回火過(guò)程是也金屬熱處理。其對(duì)刀的微觀結(jié)構(gòu)改變影響著刀的力學(xué)性質(zhì)。而此過(guò)程，體現(xiàn)出刀匠對(duì)奧氏體，馬氏體兩種結(jié)構(gòu)在刀身合理分布的控制。

泥封：刀匠以特制「燒刃土」封刀身。自刀背到刀刃，依次漸薄而下，刃口處最薄（部分流派則不包泥土）不同的流派燒刃土的成份和調(diào)制方法亦有不同。泥封首先是為了淬火過(guò)程中，控制刀的自刀背到刀刃的降溫速度依次遞增。

加熱：刀匠對(duì)泥封好的刀身加熱，此過(guò)程在在暗室中進(jìn)行以便由爐火的顏色以確認(rèn)溫度在攝氏750 至760 度之間。若溫度高于攝氏800 度以上，刀身就會(huì)出現(xiàn)奧氏體粗大的現(xiàn)象，影響強(qiáng)度。

淬火：將紅熱的刀身猛地浸入淬火液中（各個(gè)流派有自己的配方），刀身急速降溫。其中，刀身下水淬火時(shí)刀口未包泥土處 ( 刀刃波浪紋部分 ) 直接與水接觸，包覆泥土部分其覆土厚度越高，降溫速度越低。

在刀的急速降溫中，刀刃部大量的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，而由于“燒刃土”的厚度漸變，自刀刃到刀背，降溫速度亦漸緩，因而奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的數(shù)目亦漸少。同時(shí)，因?yàn)轳R氏體的密度低于奧氏體，所以轉(zhuǎn)變后體積會(huì)膨脹。因此，轉(zhuǎn)變馬氏體多的刀刃部分，體積增大得多。最終導(dǎo)致武士刀形成一個(gè)較大的彎度。

回火：將燒刃過(guò)后的刀重新置回火床上，經(jīng)過(guò)一短暫的特定時(shí)間和溫度，立即取出刀體，即為回火。一般而言，淬火后獲得的馬氏體會(huì)過(guò)量，刀匠根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，判斷刀所需要的回火時(shí)間和溫度。

【對(duì)武士刀鍛造工藝的理解】

總的來(lái)說(shuō)，武士刀的鍛造工藝是歷史上千萬(wàn)刀匠的經(jīng)驗(yàn)結(jié)晶，充滿著一種神秘色彩，是一種重要的精神文化。盡管這一工藝并非完全系統(tǒng)化理論化的學(xué)科，但其中，自選材、折返錘煉、鋼材搭配以至熱處理，十分符合材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、金相學(xué)以及熱力學(xué)的設(shè)計(jì)原理。因而武士刀擁有鋒銳堅(jiān)硬的刀刃和強(qiáng)韌的刀身，與大馬士革刀與亞克力劍并稱為世界三大名刃。

【對(duì)力學(xué)概論的感悟與建議】

這部分比較多個(gè)人的感受，因而語(yǔ)言口語(yǔ)化一些，還請(qǐng)見(jiàn)諒。

【感想】上力學(xué)概論過(guò)程中，了解到了力學(xué)史，力學(xué)的學(xué)科分類和現(xiàn)代力學(xué)的應(yīng)用。而課程中又有許多老師的經(jīng)驗(yàn)，感想。實(shí)際上，學(xué)習(xí)對(duì)我個(gè)人來(lái)說(shuō)，更多的是形成“力學(xué)”的一個(gè)印象。如學(xué)習(xí)力學(xué)史這個(gè)學(xué)科發(fā)展史，讓我發(fā)覺(jué)力學(xué)是一門(mén)不斷成長(zhǎng)的學(xué)科，是一件強(qiáng)有力的工具；而現(xiàn)代力學(xué)的學(xué)科分類與現(xiàn)代力學(xué)的應(yīng)用，讓我感受到力學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)，清晰的分類，強(qiáng)大的重要性，而又有強(qiáng)大的發(fā)展前景。

自工匠的經(jīng)驗(yàn)，工程師的理論摸索，到后來(lái)力學(xué)大師（如牛頓、鐵木辛柯等）系統(tǒng)化的理論建設(shè)以及成形的力學(xué)研究方法，再到現(xiàn)今的力學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，力學(xué)既是千百年來(lái)工程師們解決問(wèn)題的力量，同時(shí)也是工程師們研究的經(jīng)驗(yàn)結(jié)晶。學(xué)習(xí)力學(xué)概論的過(guò)程，增大了我對(duì)力學(xué)的了解，自然地消除了力學(xué)學(xué)科的神秘感。同時(shí)，讓我更加認(rèn)同力學(xué)，渴望著成為這長(zhǎng)長(zhǎng)的力學(xué)發(fā)展史的一個(gè)參與者。

【建議】站在一個(gè)學(xué)生的角度，我看到的更多的是教學(xué)形式方面。在力學(xué)史轉(zhuǎn)入學(xué)科分類的時(shí)候呢，可能相比前一段有具體例子（如）的而言知識(shí)性內(nèi)容較多，生動(dòng)程度稍有降低?；蚩稍谙乱荒甑倪@部分課程中更多地加入一些簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)演示（像講解張衡的地動(dòng)儀時(shí)，老師就用粉筆進(jìn)行了縱波和巖石的抗拉性能方面的演示。）這樣更加生動(dòng)，具體。