透過鬼滅之刃帶你認識熱鍛造製程
不管是在遊戲還是影視作品裡，只要是奇幻類的作品裡面，常常會出現一種角色 — 鍛造師。他們為主角鍛造武器，在幕後幫助主角打敗反派角色。其中，鍛造依照加工溫度可以分為熱鍛與冷鍛。常常我們在奇幻類作品看到的就是熱鍛。在這篇文章，我們將以<鬼滅之刃>中，刀匠們製作日輪刀的過程為例，認識在奇幻作品中，這充滿神秘色彩的鍛造製程。以下內容皆沒有暴雷，大家可以放心看下去👍
熱鍛
首先，刀匠們會把金屬片加熱到金屬的再結晶溫度 (Recrystallization temperature)以上，也就是加熱到它的外表變得紅通通的。接著不斷捶打金屬🔨🔨🔨
這時，金屬內部的晶粒 (Grain)正在重新排列，可以大量加工。如果等到金屬的紅色開始褪去時再敲下去，不僅金屬片很容易斷開²，還會敲得更費力。所謂打鐵要趁熱，就是這個原因。
註: 晶粒與再結晶溫度
自然界中，固體由原子們所組成。當金屬液凝固時，金屬原子會在不同位置開始與其他原子組合，從游離狀態緩慢形成固定不動的晶粒 (Grain)。而這些晶粒之間接觸的邊緣稱為晶界 (Grain boundary)³
當我們把金屬加熱，加熱到約為熔點溫度的0.3~0.5倍，我們可以讓原子重新開始自由移動(注意，這過程肉眼看不出來)，進而重新排列出與原本大小及位置不同的新晶粒。剛好能夠讓原子重新開始自由移動的溫度，我們稱為再結晶溫度。同一材質的再結晶溫度不是固定值，而是取決於先前這塊材料上經歷過多少冷作 (Cold working)。當冷作造成的變形量越多，再結晶溫度就越小。
說到冷作，我們常以再結晶溫度作為分水嶺判別某個製程是屬於冷作還是熱作。於再結晶溫度以下發生永久性的變形 (Permanent deformation)，我們稱為冷作 ；再結晶溫度以上發生的永久變形，我們稱為熱作 (Hot working)。像是前面介紹的熱鍛便是熱作之一。
研磨刀刃
熱鍛雖然可以快速打成我們想要的形狀，因為每敲一次它都能形成肉眼可見的變形。但反過來說，我們會很難拿捏刀刃的精確大小，尤其是要打造與設計圖幾乎分毫不差的刀時。所以當刀匠們將金屬片大致上打成刀刃狀時，便會將它放入冷水裡面冷卻下來。這種快速降溫來處理材料的程序稱為淬火 (Quenching)。將冷卻下來的刀拿去研磨後，將會使刀刃變得鋒利，並且減少與設計圖的公差。
原先刀刃還處於紅通通的狀態時，我們透過淬火將它冷卻。雖然表面看不出來，但金屬內部其實發生了劇烈的變化。原本紅通通的刀刃處於再結晶溫度，正重新生成新晶粒。但這時我們快速將其冷卻，這造成各個原子沒辦法即時結合並形成較大的晶粒，使得小晶粒在金屬內部緊密地分布。如圖五:
這樣的分布能夠讓金屬變得更堅硬、更脆，卻也讓它失去了彈性，使得刀刃在劈砍時很容易斷掉。這時的刀就像一顆鑽石一樣，雖硬度高，但是摔在地板上容易碎裂。而恢復一些彈性便是回火 (Tempering)的任務。
回火 (Tempering)
回火就是考慮金屬上哪一區塊要變軟、那區塊想要恢復多少彈性，將該區塊重新加熱到特定溫度的過程。這過程可以讓部分的原子可以重新移動並形成較大的晶粒。這樣一來晶粒之間的分布會變得較鬆散，也就回復彈性了。
總結
我們從前面的篇幅了解了如何透過熱鍛、研磨、淬火及回火等程序將金屬片打造成刀刃，還藉機了解了晶粒與再結晶溫度等概念。製作完刀刃後，接下來的步驟就是製作刀柄與其他配件然後組裝。這些製作過程也有許多細節，若有機會將另寫一篇文章與大家分享。看完這篇文章，不論你是正在學習製造程序的學生、任何一位對鍛造有興趣的人，或是看到鬼滅之刃就點進來的人，都希望這篇文章能夠增進你對熱鍛、冷作與熱作、淬火、回火、晶粒及再結晶溫度等製造概念的認識!
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參考資料
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