高碳钢制作錾子的流程详解

从最开始到制成一个錾子，高碳钢会经历3次结构变化。这3次结构变化对应着制作过程中的3个主要阶段。

第一阶段即退火或软化阶段，指的是加热碳钢至明亮的樱桃红色（788～816℃），然后缓慢地冷却到一种叫做珠光体的结构。珠光体是由渗碳体和铁素体的带状或层状组成的基质，珠光体很容易锉修、砂纸打磨和成型。

第二阶段称为硬化阶段，指的是把碳钢加热至其退火温度并保温直至该材料消磁，然后放入合适的液态介质中快速冷却。在加热过程中，珠光体会变成奥氏体，快速冷却时奥氏体会转变为非常硬且脆的马氏体。此时，碳钢很硬且在一定的冲击力下会碎裂。

淬火：冷却降温的过程被称为淬火。降温速度与钢制錾子的硬脆性有着十分紧密的联系。在空气、水、盐水或油中淬火，钢制錾子所获得的硬脆性有很大差异。在空气中淬火，錾子会比较软；在水和盐水中淬火，錾子硬但脆，韧性不够；在油田中淬火，錾子既可保持高硬度，同时又具有良好的韧性。使用空气和水淬火碳钢是可行的，但油却是工作室和学校内最常用的硬化和回火介质。很多錾花人信赖机油，但它产生的烟雾是有毒的。笔者发现花生油、玉米油和蔬菜油对冷却O1钢都有很好的效果。

对用高碳钢制成的錾子用水淬火比用油淬火的冷却速度更快，高碳钢的外部比内部的冷却速度要快。从现代技术角度来看，水淬火使碳钢的硬度得到了很大的提高，同时使它不易碎裂。油淬火硬化的錾子不能承受快速的淬火冷却，如果浸入水中它会开裂或破碎。对未知钢材制成的錾子，如果不确定使用何种介质淬火，可使用油淬火。

制作錾子的第三阶段是回火，包含充分加热錾子末端至合适温度以去除其脆性并保留必要的硬度和韧性，达到延长使用寿命的目的。不同錾子回火至不同状态，錾凹錾需要保持其形状，在錾打金属时不会明显变形也不会碎裂。大多数錾凹錾需要回火至稻草色（229℃），这个温度能使碳钢接近最硬状态。

8.1.3.1　把钢棒切至要求尺寸

在钢棒上量取比待制錾子稍长一些的长度，以便有多出来的长度便于进行錾头的整形，用不褪色记号笔或锉刀沿钢棒一周做记号，然后用台钳夹住钢棒，短的一端朝上以使记号线显示出来。使用锋利的、最好是新的钢锯条，否则这个过程会既累又乏味。锯穿钢棒至少一半，然后让周围的人避开，用钉锤或圆头锤在划线处锤击。如果锤子举得太高，钢会弯曲而不是断裂。敲掉的钢棒会脱落，这样就已经开始第一个錾子的制作了。一些钢棒很软，以至于在锯口之上的部分会弯曲，如果出现这样的情况，放一块木板靠近钢棒，并用重的錾凹锤敲击木板，这样，钢棒断开后就仍是平直的。

钢锯的一个替代方法是在电动机头上安装切割盘，只切入钢棒的一半，记得戴上护目镜保护眼睛。如果钢经过了很好的退火处理，可用首饰用锯切割钢棒。

有时，本地的钢铁供应商或公司会帮忙将钢棒切割到所需的尺寸，如果价钱合适，就交给他们去做吧。请记住，需要的截取长度可能不会被均匀地从所买的钢棒上分取。

8.1.3.2　退火

和有色金属一样，退火指的是用加热的方式软化金属。大多数钻杆或者制錾钢已经过退火处理。如果出现这种情况，跳过这个步骤，直接进入錾子塑形阶段。但是，钢材有时不可能总是保持软化或者最软状态，如不确定，仍需进行退火处理。

同时对多个錾子进行退火处理是一个好主意，因为让錾子足够冷却至可以开始塑形时是一个漫长的等待过程。圆钢材在退火时应固定以免从加热台滚落。加热之后，焊剂很难从钢上清理下来，所以要保证工作台的清洁。

把灯光调暗，这样就能准确地看清钢棒的颜色，从而了解此刻钢棒所处的温度。上下移动火焰，均匀地加热整个钢棒。当钢呈现统一的红色时，移走火焰，让钢棒尽可能慢地冷却。传统的做法是把钢埋入一桶沙或者灰烬中慢慢冷却。在工作室中，一种选择是将钢棒放入小的锻铁炉中冷却。

建造一个锻铁炉，需要在耐火砖底或浮石底上搭建一个由耐火砖组成的箱状间，还需要多的防火砖在加热钢之后堵住开口。在锻铁炉中加热钢棒至樱桃红色，然后移开火焰并立即将开口盖上。根据退火钢棒的直径和长度不同，冷却时间可能在30分钟至几小时不等。冷却的时间越长，钢的软度越高。

塑胶抛光盘、钢刷或砂纸可以清除任何材料表面的氧化物。电动马达上的3M抛光轮能很好地清除钢棒表面的氧化物。

改进商业錾子：许多初学者在学习錾花时会购买商业套錾。同种錾子的外形和尺寸会因供应商的不同而不同，甚至差异很大，而且很可能并不合适将要錾花的作品。更有甚者，可能使用起来非常不舒服。商业錾子常常带有锋利的边角，这意味着錾子的工作端外形需要再塑，以便錾子能推延金属而不会切入金属，详见第1章。

基础錾凹錾的制作：用砂轮或者锉刀粗略地制出錾子外形，一直打磨至錾子外形与模板契合。用细锉或中粒砂带机磨掉粗糙的痕迹，进一步用更细的锉刀锉修或移至干或湿型砂纸打磨阶段。用从粗到细的系列砂纸打磨錾头，最后工序使用一种砂纸是600目，或者用合适的抛光膏抛光。常见的包括硅藻土、金刚石粉、钢抛光膏，以及利牌、ZAM牌抛光膏。

使用安装有硬质合金机针、研磨盘的电动机头，或者手锉，有些錾子顶头形状很容易被加工出来。推荐使用硬质合金机针，因为它能轻松地切削碳钢，并且比高速钢机针加工出的錾子使用的时间更长。

錾凸錾的制作：錾凸錾的錾头是光滑的、圆的，这样的设计能把某个区域不留边痕地顶起。模板的外形对于保持錾凹錾圆头顶在柄轴的中心线上是非常有帮助的。如果加工的錾子非常大，可在砂轮上初步磨出形状，任何直径小于0.5英寸的小錾子都能用锉刀加工，或者在装有细砂纸的砂带机上加工。

錾凸錾最终可被加工成高亮表面或磨砂表面，磨砂表面能使錾子在錾凸操作时易于抓握。使用涂抹了钢抛光膏的抛光机能很容易地将錾子抛光到高亮效果，使用硅藻土或鲍宾牌抛光膏会抛出很好的磨砂表面，磨砂表面适用于绝大部分的錾凸操作。

肌理錾的制作：体验制作錾凹錾和肌理錾的过程是錾子制作中最令人激动的一个方面。能用于錾凹錾的肌理数不胜数。磨砂效果可以通过在锉子上敲击经过退火处理的錾子获得（选择粗糙度不同和类型各异的锉刀，如粗锉刀、方格纹锉刀，可以制作不同的肌理），或在錾子顶刻槽、硬化处理后折断的断面形成不同肌理。在錾子面上采用锯、锉和钻等方法制作图案都可以产生独特的肌理。硬质钢的雕刻錾和錾凹錾能被用来将图案拓印于经过退火处理的钢上。

在肌理錾硬化前，通过将肌理錾置于退火的软金属（如铜）上轻敲可以预览其效果。请记住此时錾子还是软的，不要敲击得太重。如果錾于铜片上的印痕效果好，可以进行硬化处理，如果不好，重新对錾子塑形并再试一次。在錾子经过退火处理后，修复外形比回火硬化之后再改变外形要容易得多。

把錾子做成“小锤”：任何錾凸或錾凹的錾子均可被制成小锤。在木钉或者木质手柄上钻一个小孔，以便錾子能被拧入。用橡胶带将錾子缠牢于手柄上，可替代的方法是用低温热塑塑料将錾子和手柄固定在一起。

8.1.3.3　錾顶与錾头的塑形

1.敲击端的塑形

一般情况下，錾花时的大部分注意力都集中到錾子的工作端（錾头），即加工金属件的末端，但是敲击端（錾顶）也值得注意，因为敲击端慢慢地会变成“蘑菇”状，意思是敲击面会扩大并沿着边缘裂开，从边缘飞出的钢屑会变成一个真正的困扰。为了安全起见，可把錾子的敲击端磨成锥状。

2.工作端的塑形（冷加工錾子）(www.xing528.com)

冷加工是指錾子在冷却的而非在热的状态下被锻造塑形的过程。冷加工对制作直径小（≤0.5英寸）的錾子是最佳选择。而对直径较大的碳钢进行塑形时，热加工的速度要快许多。下面将说明不使用锻造工艺来制作錾子的整个流程。

使用方形料和圆形料加工：横截面为圆形和方形的錾子，其自身各有优缺点。方形碳钢料的中心最容易被定位，凭手感就可判断方位信息。与此同时，方形料的棱边握起来不舒服会并给手增加压力。尽管有时会用方形錾来镶嵌、方形整平、某些类型的錾底和方形面的精细加工，笔者常使用的还是圆形錾。

为了让方形柄更加舒适，较为容易的方式是用砂纸打磨和锉刀将棱边整钝。一个替代方法是将錾柄绕着柄心折弯，这样能制作出更舒服的凹槽形錾子。制作时，需要用尖细状火炬加热錾子中心至橘红色，氧乙炔气或者氧丙烷气都可以做到。把錾子夹入台钳口，錾子被夹持的部位比需扭曲的下端稍低。加热錾子的中部直至它变成闪亮的橘色，然后用钳子夹住錾子上端开始扭曲，同时使火炬持续加热需扭转的区域，防止手被烧伤。该方法的微妙之处在于能保持錾子的直立状态。在移走火炬之前，从各个角度检查并校正以确保錾子的柄轴是直的。把錾子从台钳中移走，并让它缓慢冷却。

8.1.3.4　成型与肌理制作

下一步是为正在制作錾子的工作端外形剪出模板，模板可以帮助确定錾子的尖端是否在柄轴线上。当錾子的尖端偏离中心，錾子会变得难以控制并且錾子顶端和工件接触部位的錾花效果会很难预知。仔细地绘制模板，用尺子和圆规保持尺寸的精确性。从硬纸板或者黄铜上把模板切下来，制作一些模板的复制品以便将来参考。

8.1.3.5　热锻

当錾子需要一个宽的工作端，比起用粗大的钢棒做材料然后锉掉它的大部分，更高效的方式是把钢棒进行延展加工。这个过程就是基本的锻造——把钢棒加热亮黄色或橘色，锤平并敲展金属。有经验的匠人能用同样的流程将钢棒一端锻打出锥度，再强调一次，它比锉更快，特别是在加工较大工件时。

锻造很明显适合这个流程，但对大多数錾花人来讲并不必要。如果没有锻铁炉，用火炬将錾子加热到合适温度，如果有助手帮忙握住火炬，这个过程就特别简单。把火炬放在离铁砧比较近的地方，这样就能很快从加热工序进入锤击工序。让助手握住火炬并使錾子末端远离锻打者。用老虎钳夹住錾子放在火焰上，直到它变成黄色或橘色，快速把它移至铁砧上并用锤子用力锤击使錾子末端变宽，一旦红色消失立即停止操作，此时的锻打不仅低效，而且会增加金属内部压力并使錾子性能变差。

錾子的尺寸将决定加热量以进行锻打操作，氧乙炔气是温度最高的热源，适合于对直径为0.75～1英寸的錾子进行加热。尽管丙烷在加工小直径錾子非常有效，但对大直径錾子进行加热时就不那么有效了。如果有许多錾子需要进行锻打操作，就会发现燃气用得非常快。

如果一个人独自操作，推荐用燃料和高压空气火炬用于加热直径不超过3／8及以下英寸的錾子，因为火炬只有一个旋钮，操作方便，用它把钢加热到锻打温度之上，关上火炬，然后在錾子失去热度前迅速锤打錾子。关闭火炬消耗了时间，使锻打的时间缩短了，但这样比把錾子固定于台钳上会更加安全。

一旦錾子形成想要的形状，清洁工作端并进行退火。为了在钢錾中产生均匀的晶体结构，加热整根钢棒至明亮的红色并持续1min，然后让钢棒缓慢冷却。根据需要对顶端进行塑形，随后按照上文介绍进行硬化和回火处理。

肌理锤的制作：许多肌理能被加工到锤面上，且不用对锤子进行退火或从手柄上去掉锤头。研磨盘、梅兹牌轮、切割盘、带式磨砂机、砂轮、金刚针和硬质合金机针都能切割绝大部分硬钢。部分肌理制作非常适合移出锤头并退火，退火钢更容易锯、锉、钻、凿和用机针车磨。当锤头没有在手柄上时，在锤面上通过酸蚀制成肌理会更加容易。

锯掉锤头并冲洗干净。将锤头固定于台钳中并用锥形冲头或宽面錾凸錾敲出剩下的手柄。在焙烧炉或者锻炉中对锤头退火，可用火炬对较小锤子进行退火，如錾凹锤、小的圆头锤或铆钉锤。就如制作錾凸錾的加工工序，用锤头制作肌理也需经过清洁锤头、制作肌理、硬化和回火处理工序。

可在三氯化铁、硝酸或者硫酸中蚀刻钢。蚀刻不在本书的讨论之内，但是有许多关于蚀刻金属的书籍可以买到，在网上也有许多这方面的有用信息。因为这种工艺用到强化学剂，除非采取了非常的安全措施，否则就不要考虑使用它们。

将同样的手柄楔入到锤头中，为牢固起见，垂直拿着手柄（锤头在上部），用手柄底部灵活地击打铁砧，锤头会轻轻跳出来并顺着手柄顶端向下移动，切去比锤头高出的木柄，并在锤顶木柄的对角锤入一两个金属楔以牢牢固定锤头。

用热气喷枪轻轻加热锤头部位的木柄（不要燃着它），并把末端浸泡到一罐亚麻籽油中至少24小时，或者在一罐汽车防冻剂里放48小时。这么做是为了防止木材变干，变干会使末端松弛而导致锤头脱落。一些金属匠把手柄放到水里一整天让它膨胀，不幸的是，这会导致手柄过度膨胀而使木质纤维分裂进而破坏其强度，也会引起手柄产生更大的收缩。

8.1.3.6　硬化

硬化时，用老虎钳紧紧夹住錾子，对錾子的加热区间为中间至工作端，敲击端不加热以保持此端不被硬化，这样能减少敲击端的振动并防止錾子在敲击时开裂。

在加热区间来回移动火炬使受热均匀，如果不确定如何通过颜色推断温度，可以借助磁铁来检查硬化温度是否合适。如果錾柄的低端变成了明亮的红色，将工作端接触磁铁，如果吸住了，把錾子拿开继续加热。当錾子不被磁铁吸引时预示着錾子已经被加热到了正确的硬化温度，立刻在油或者水中淬火。

淬火介质应当尽量靠近錾子。由于油有潜在的危险，因此务必确保容器安放稳固，不要离火焰区太近。把錾子直接浸没至介质中并在其中旋动30s～1min。錾子需要在介质中保持移动状态以防止其表面形成气膜从而影响降温速率。不要把錾子在介质中拿出拿进，因为这会导致錾子冷却不均匀并有可能造成金属形成局部软化区。

拿出錾子并擦拭干净，用一把旧锉在工具表面滑动以检验硬化效果。如果锉滑过錾子如同没有锯齿一样，说明硬化效果好。如果錾子上产生锉痕，则需要再次硬化錾子。有些金属需要在硬化温度中进行更长时间的加热。如果需要重新硬化，尝试将錾子的加热温度保持在硬化温度或者硬化温度之上1min以上。一旦钢变得没有磁性，说明它达到了硬化状态。

淬火之后，錾子上会有黑色覆盖层，用砂纸打磨掉或用抛光轮抛光让它呈现原本的银色。这样更便于在下个阶段看清回火色。

8.1.3.7　回火

回火的目的是去掉钢脆性的同时，保留能延长錾子使用寿命的足够硬度，在没有精确的温度测试设备时，现代金属加工匠人和前辈们使用的是完全一样的方法——通过钢的颜色来判断温度。由于这些颜色是一种发光现象，打印图片中显示的钢颜色不能准确地对应在工作室中看到的实际颜色，但可以将这些图片作为参考。

回火总是一种在硬度和韧性之间进行平衡的行为，这两种特性此消彼长，所以不同的錾子需要不同的回火操作。举例来说，一个薄刃凿子，如果太脆，在加工中就很容易碎裂，因此它需要的回火温度比钝一些錾子的要高些。錾凹錾经常被加热到草黄色。可以参照本书附录中提供的每个回火阶段优缺点的有关细节。根据錾子的使用目的，不同的錾子有不同的回火颜色范围。

用小而细的火焰集中加热从工作端开始的1／3范围。对于小直径的錾子，很容易加热时超过合适的回火温度。为了避免这点，用火炬的小尖端或用酒精灯加热。当火源在錾子上从上移至工作端时，仔细地观察錾子的颜色，当草黄色蔓延至錾子末端时，移走火源并立即淬火。在錾子浸入介质之前保持一定温度是非常重要的，因此保持热源在离淬火容器比较近的位置可以快速淬火，搅动錾子数秒，然后干燥它并检查其颜色。可以抛光錾子的工作端或者让颜色自然磨去。