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以唐代的技术水平,老奶奶把铁杵磨成针可能吗?

图片:《还珠格格》

Pazo Ron,只是一个学生

看到这个问题,沉默良久。

先给我的答案:不能。别说就唐代的技术条件,现在的技术条件也不能在不作其他处理的情况下,用铁杵做出合格的针。

0. 预备知识

  • 0.0 针的概念

0.0.1 现代汉字“针”:

a. 缝织衣物引线用的一种细长的工具:~线。

 b. 细长像针的东西:时~。

 c. 用针扎治病:~灸。

 d. 注射用的器具和药物:~头。

0.0.2 古代汉字“针”:

《廣韻》之林切《集韻》《正韻》諸深切,音斟。《說文徐註》俗鍼字。所以縫也。《易 · 乾卦各從其類疏》若磁石引針,琥珀拾芥。《天寶遺事》唐宮中七夕結彩樓,瓜果酒炙,祀牛女。妃嬪各執九孔針,五色線,向月穿之,過者爲得巧。

又姓。明隆慶舉人針惠。

又《方書》針灸法。互詳後鍼字註。

又蟲名。《古今注》蝌蚪,一名針。

又書法。有垂露體,懸針體。《庾信·謝趙王啓》垂露懸針,書恩不盡。

又《廣韻》之任切《集韻》《韻會》《正韻》職任切,枕去聲。《集韻》縫也。

又刺也。

(来自《康熙字典》)

0.0.3 针的猜测

古语“针”中,没有明显提到针状物这个概念(即今义 b),注射用针更不可能。

而针灸针,看一下《黄帝内经》。如果硬要说磨成针灸针,那……

《灵枢 · 九针十二原》曰:“九针之名,各不同形。一曰閗针,长一寸六分。二曰员针,长一寸六分。三曰鍉针,长三寸半。四曰锋针,长一寸六分。五曰铍针,长四寸,广二分半。六曰员利针,长一寸六分。七曰毫针,长三寸六分。八曰长针,长七寸。九日大针,长四寸。閗针者,头大末锐,去泻阳气。员针者,针如卵形,揩摩分间,不得伤肌肉,以泻分气。鍉针者,锋如黍粟之锐,主按脉勿陷以致其气。锋针者,刃三隅以发痼疾。铍针者,末如剑锋以取大脓。员利针者,大如氂,且员且锐,中身微大,以取暴气。毫针者,尖如蚊虻喙,静以徐往,微以久留之,而养以取痛痹。长针者,锋利身薄,可以取远痹。大针者,尖如梃,其锋微员,以泻机关之水也。九针毕矣。”

因此,猜测老妇应该需要一根缝衣针。

  • 0.1 铁的概念

一般,我们认为铁是指生铁。生铁是含碳量大于 2% 的铁碳合金,工业生铁含碳量一般在 2.11%~4.3%,并含 C、Si、Mn、S、P 等元素,是用铁矿石经高炉冶炼的产品。根据生铁里碳存在形态的不同,又可分为炼钢生铁、铸造生铁和球墨铸铁等几种。

(这里还有个概念叫熟铁:用生铁精炼而成的比较纯的铁。含碳量在 0.02% 以下,又叫锻铁、纯铁。熟铁质地很软,塑性好,延展性好,可以拉成丝,强度和硬度均较低,容易锻造和焊接。唐代肯定是没有这种“铁”的,唐代的“熟铁”虽然也是指较纯的铁,但最多达到低碳钢,即碳含量低于 0.25% 的碳素钢……)

  • 0.2 生铁的性质

坚硬、耐磨、铸造性好,但生铁脆,不能锻压。

  • 0.3 对于铁杵材质的猜测

生铁中的白口铁或灰口铁。

公元前 6 世纪前后,中国就发明了生铁冶炼技术。尤其是在春秋战国时期,块炼铁和生铁冶炼两种工艺,几乎是同时产生,这两种方法在我国历史上曾长期平行发展,在不同情况下发挥各自的作用。 在战国早期,我国创造了白口铁柔化术。即通过长时间加热,将白口铁中的碳化铁分解为铁和石墨,消除大块的渗碳体,这对提高铁的柔性起了良好作用,战国中期以后,铁器已取代铜器成为主要的生产工具。
根据早期铁器的金相检验,中国的块炼铁和生铁可能是同时产生的。春秋末期到战国初期,是战国冶铁史上的一个重要发展阶段。此时早期的块炼铁已提高到块炼渗碳钢,白口生铁已发展为展性铸铁。至迟到西汉中叶,灰口铁、铸铁脱碳钢兴起,随后又出现生铁炒钢(包括熟铁)的新工艺。东汉时期,炒钢、百炼钢继续发展,到南北朝时杂炼生鍒的灌钢工艺问世。至此,具有中国特色的古代冶炼技术体系已基本建立。

1. 材质选取层面:为保证工程结构或机械的正常工作,构件应有足够的承受规定载荷的能力。

  • 1.1 强度要求(抵抗破坏的能力):

灰口铁:含碳量较高(2.7%~4.0%),碳主要以片状石墨形态存在,断口呈灰色,简称灰铁。熔点低(1145~1250℃),凝固时收缩量小,抗压强度和硬度接近碳素钢,减震性好。用于制造机床床身、汽缸、箱体等结构件。

白口铁:白口铸铁是不含石墨的铸铁,几乎全部的碳都与铁形成碳化三铁,具有很大的硬度和脆性,不能承受冷加工,也不能承受热加工,只能直接用于铸造状态。

那么,问题就来了,请问老婆婆手里的棒棒是白口铁还是灰口铁?

如果是白口铁,那么不能承受热加工,自然不能成针。

如果是灰口铁,几种常见灰口铁的抗拉强度:HT250—250MPa;HT300—300MPa;HT350—350MPa

那么就算它是 D=1mm 的针,抗拉强度取常见几种灰口铁中的最大值 350Mpa(而老妇手中的棒棒应该没有这个强度,毕竟这个值是现代工艺下的常见灰口铁的强度最高值)。

拉力:

(这里我们将横截面积向上近似取 

弯曲力:

(这里由于只有较少的材料会给出抗弯强度,而脆性材料抗拉性能比抗压差很多。因此取抗拉强度来作为抗弯强度设计值)

(我们设这根针有 6 厘米长,那么它中间就能抗 1.123N 的径向集中力)

好了,这最大弯曲载荷,就不要玩了……拿中碳钢的抗拉强度来看,为 600~1100MPa,马氏体不锈钢热处理后的抗拉强度 ≥1080Mpa,感受一下╮(๑•́ ₃•̀๑)╭

  • 1.2 刚度要求(抵抗变形的能力)

在刚度方面,灰口铁表现还行。因为毕竟是脆性材料,没什么塑性变形就断了。

算它达到。

  • 1.3 压杆稳定性要求(受压的细长杆保持原有直线平衡状态的能力)

同 1.2,在直线平衡转为曲线平衡前,它就断了。

  • 1.4 正确的针的材料

淬火的钢,如中碳钢、马氏体不锈钢等都是可以的。 (..•˘_˘•..)

2. 工艺设计层面:这层面上要考虑经济性,可行性,规范性等等等等

  • 2.1 夹具设计

老太太,请问您加工到后半段打算用什么夹具来定位和夹紧你的针呢?

  • 2.2 工艺流程

我就问问,老太太,您老打算把热处理这个工序放哪? ๑乛◡乛๑

  • 2.3 工序卡

哈哈哈哈哈哈……

  • 2.4 毛坯设计图

哈哈哈哈哈哈哈哈……嗝

3. 科普一下:

  • 3.1 现代制针的流程
缝衣针的生产流水线上一共有 12 道工序,分别是拉丝、校直、切断、磨尖、制鼻、磨鼻、热处理、研磨、串亮、精磨针尖、抛光、包装。”缝衣针的原料是直径 6.5 毫米的钢丝。在多次拉丝后变成适合针精细的粗胚,然后再根据需要切成针的长度。最小的 9 号针,拉丝后直径仅为 0.55 毫米。缝衣针的针尖则是五六台磨尖机从不同角度磨削而成。 制针工艺中最重要的环节就是“制鼻”,也就是加工出针的穿针孔。这一道工序中又包括压型、冲孔和切鼻三道工序。先是在钢丝中间冲压出两个针孔的形状,因似鼻孔也称针鼻,再冲掉针鼻内的钢皮,最后用磨鼻机将针鼻内外的锐边棱角磨削光滑。磨鼻机每分钟可磨针鼻 2500 根。为增加针的硬度,还要将其淬火,电镀,然后就分装出厂了。
  • 3.2 古代的制针
明代人宋应星在《天工开物》中详细记载了古人如何制针: 首先,将铁块锤成小细条,在钻有小孔的铁尺中把铁条用力拉过,细铁条就变成粗细 一致的铁线。 其次,将铁线逐寸剪断,一端锉尖,一端锤扁。在锤扁的那端作为针鼻钻上孔,并且打磨平整,就出来了针的初步形态。   当然这还是半成品,需要进一步制作,古人接下来把这些针当作菜放到锅里,慢炒,而且是用细火。再加上土末、豆豉、松木灰等“佐料”。这些“佐料”的量要把针覆盖住。(我们可以认为是在做“表面渗碳”) 炒完之后,还要蒸。蒸的时候,要将两三根针头留在外面。等到外面的针头能够用手捻碎时,就不用再蒸了,起锅。还要最后完成一道工序——淬火。这是一道非常重要的工序,因为淬火决定了针的软硬程度。

其实,至唐代,中国的炼钢技术已经非常先进了。在前面的各种黑科技,有春秋时期的“固体渗碳技术”,战国时期的“脱碳制钢技术”,三国的“百炼钢”,南北朝的“灌钢”。

唐朝时,生产力大幅度提升,钢普遍被用在了农业和手工业上。(づ ̄ 3 ̄)づ

BUT,要想铁杵磨成针,那是违背科学规律和行业经验的。因此,铁杵磨成针是反智的,不马克思的。

꒰๑´•.̫ • `๑꒱

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