【科普视窗】第51期 车刀为什么可以做到削铁如泥?

文化   2024-12-19 18:34   天津  

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亲爱的小伙伴们,你们好!冬至即将来临,万物开始进入冬眠状态,迎接寒冬的到来。大家一定要多穿衣服,注意保暖谨防感冒。让我们的《科普视窗》继续陪伴在您的身边,一起奔赴知识的殿堂,下面我们就进入今天的科普话题吧!
要是形容一把刀有多锋利,估计很多人都会说宝刀必须“削铁如泥”才行。历史上,很多英雄人物都有属于自己的宝刀或者宝剑。比如三国时期赵云用的青釭剑,以及春秋战国时期的干将莫邪。毕竟在古代,最常被用到的就是这类冷兵器。其实古代人为了打造锋利无比的刀,想了很多办法。比如,加入锡改变铜的机械性能,纯铜就成了强度更高的铜。他们又发明出淬火工艺,把刀加热到炽红色,迅速放到水、盐水或油中搅动,并在最恰当的温度时取出来,刀的硬度就会有一个很大的提升。此外,把刀口磨得尽量浅而尖,也是为了通过减小受力面积来增大压强,让刀口更加锋利。不过,和现代的车刀比起来,古代那些宝刀就有点“小巫见大巫”了。在1900年举办的巴黎博览会上,一副速钢刀具安装在高速运转的车床上,围观者惊讶地看到,锋利而炽热的刀口轻松地切割着坚硬的金属材料,这就是我们今天要介绍的刀具——车刀。
车刀作为车床上用来切削金属的一种金属切削工具,广泛用于各种车削加工过程中。随着科技的进步,车刀的性能也日臻提升,特别是硬质合金刀具的出现,更让车刀的硬度有了飞快的提升,真正进入了削铁如泥的时代。即便在车床的高温下,车刀仍然能保持足够的抗弯强度和冲击韧性,各种加工材料在刀口下如同橡皮泥一般,从外圆、内孔、端面、螺纹到车槽,巧夺天工,随心所欲。那么车刀为什么可以做到削铁如泥?
让我们通过下面的视频来了解一下吧!


通过视频了解到,车刀能够削铁如泥,最关键的一个因素是硬度。硬度就是物体表面抵抗其他物体侵入的能力。硬度高的物体能够比较容易的侵入硬度低的物体中。例如,木头的硬度没有钢材高,小刀可以很容易在木头表面划出痕迹,但是钢材的硬度没有玻璃高,不管多锋利的刀子在玻璃上都很难划出印迹。所以硬度高的物体切削硬度低的就比较容易,硬度差距越大也越容易。工具钢做的车刀硬度一般在HRC60左右,高速工具钢车刀硬度能达到HRC66左右。而被加工的工件的硬度以45号钢为例,只有不到HRC28。大的硬度差是车刀实现削铁如泥的保证。车刀锋利而炽热的刀口可以轻松地切割着坚硬的金属材料。

很多刀剑宣传时都用砍铁钉砍钢筋来证明削铁如泥,可是用家里的菜刀一砍不是崩口就是卷刃。家里用的菜刀质量好的硬度能达到HRC55以上,为什么砍不了铁钉呢?首先菜刀的设计是以切割蔬菜肉类为目的,为了减少切削阻力,刀刃一般都很薄,刃角很小,而我们砍铁钉的时候,刀刃垂直砍入铁钉,刀刃要承受侧面的阻力,与下面的冲击力。其次,我们砍东西时,很难完全垂直的砍入,一般都会左右摆动,这时刀刃不仅会受到冲击力,还要受到弯折的冲击力。刀具的抗弯折力会考验刀刃的抗折强度,与屈服强度。抗折强度低刀刃容易崩口,屈服强度低容易产生塑性变形,也就是容易卷刃,这两个强度都和刀刃的横截面积成正比,也就是横截面积越大,刀刃越厚,开刃的角度越大,刀刃的强度越高,砍铁刀刃越不容易损坏。因此在同样的硬度下,用菜刀砍钉子会崩口卷刃,但用斧子,你会发现很轻松的就砍断了。一把削铁如泥的刀,刃角必然要加大,刃角的加大就会牺牲刀具的锋利性,相反,一把非常锋利的刀绝对不能用来砍铁。

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视频转自:科普中国

文字编辑整理:张涛、苗萌

视频剪辑整理:董印立

图片来源:网络

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天津科学技术馆
天津科学技术馆于1995年元旦正式向社会开放,其中常设展厅面积1万平方米。其建筑规模、展品数量、服务功能,具有国内先进水平,是中国大陆地区最早建成的大型现代化综合性科普设施。
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