【测评向】明代僧兵铁棍的复原与测试

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【测评向】明代僧兵铁棍的复原与测试

2024-07-11 09:30| 来源: 网络整理| 查看: 265

       在明代的记载中,铁棍往往作为武艺精熟并且力大勇猛者的武器,许多人因用铁棍而闻名,往往号“某铁棍”或是“铁棍将军”,《倭变事略》、《国朝武功纪盛通考》、《明季北略》等书中对用铁棍者多有记述。我一直好奇用铁做棍究竟性能如何,手感怎样,这次就按照程冲斗《少林棍法阐宗》的记载,设计并制作了一根铁棍,并把初步的测评分享给大家。

铁棍的设计

       明代铁棍的具体形制,以程冲斗《少林棍法禅宗》一书中的记载最为详细可靠:

“如鐵棍。則長七尺五寸。約重計十五六觔。其制與木棍等。然非巨力者不能用。兩頭細於腰者。但便于陰手耳。要之輕者便捷也。”

       按此记载,这次选择了“制與木棍等”的类型进行复制。长度方面,以明代营造尺(约32cm)计,合今天240cm,重量则在“十五觔”到“十六觔”之间,按明代一觔合596.8g,则铁棍重量约为8952g至9548.8g,具体形制为根粗稍细的样式。按此要求设计出下面的图纸(单位为毫米):

铁棍复原设计图

        总长:2400mm,由600mm长的圆柱和1800mm长的圆台组成;圆柱直径:30mm,圆台直径大端Φ1=30mm,小端Φ2=15mm。钢材密度取7.85g/cm³,则这根铁棍理论重量为9121g(约合明代十五觔三两),重心在距离尾端94cm处。

铁棍的材料和制作方案

       铁棍在使用中主需要承受冲击,并且铁棍沉重,冲击过程中的能量比木棍要大得多,这就要求制作铁棍的材料既有足够高的屈服强度(保证不弯),又要求有足够的韧性和塑性。

       由于铁棍细长,要求材料工艺性能好,以减少在热处理、车削等过程中的弯曲变形。另外,铁棍直接接触身体,所选材料最好不生锈。

       综合以上各点,这次选择了马氏体沉淀硬化不锈钢17-4PH(630)作为制作铁棍的材料。为了节省成本(适应我贫穷的消费能力)和保证质量,采购成品圆钢直接用车床加工成型,不经过锻造。直径30mm的圆钢由钢材商进行热处理,固溶并时效至硬度37HRC-39HRC,再发往车间进行车削加工。

        此硬度大约相当于550℃时效状态,屈服强度可达1100MPa,U型缺口冲击韧性可达200J/cm ²,强度、韧性都优于调质状态下的常见调质钢(例如,运用广泛的合金调质钢40Cr,调质状态下屈服强度约为800MPa,冲击韧性约为60J/cm ²,45钢的力学性能相对更差),冲击韧性尤为突出,为40Cr的三倍以上。

铁棍实物的测评

       这个就是加工完成的成品了,车削以后没有用使用磨床,只用角磨机配合羊毛轮抛去了刀痕并抛光,抛光方向不是很讲究所以反光看起来是乱的(钱没花到位还要啥自行车啊),车削加工后微有弯(弯曲程度很小,但仔细检查能看出来)。实测重量8985g,实测重心大约在93cm处。

平放的铁棍竖靠的铁棍实测重量实测长度实测重心位置

       实物上手以后,第一感觉就是重,这根铁棍的重心已经离根部很近了,感觉上去依然分量十足,果然不愧是“非巨力者不能用”。

       吴殳在形容枪极硬时常说“腰硬如铁”,比较出乎我意料的是,这根铁棍在手感上并不是死硬的,用手压就可以产生弯曲,松手回弹后铁枪会颤动一会儿,用脚踩弯曲程度更大,这应该是由于做成了前细后粗带有锥度的形制,有效的降低了刚度。只是以我的力量还不能把铁棍抖出明显的弯曲。

瑟瑟发抖的铁棍

        需要说明的是,这里说的“手感的软硬”主要是指杆子是否易于弯曲,和材料的硬度无关,“手感的软硬”指的是杆子的“刚度”,取决于杆子的几何结构(粗细、长短)和材料的弹性模量,由于17-4ph、一般碳钢以及传统方法冶炼的钢材在弹性模量方面相差不大,因此这个手感是可以代表历史上的铁棍的。

承重能力测试

       在进行试验之前,我们先来用solidworks软件提前预测一下铁棍的承重能力和弯曲情况(防止等下测试时突然翻车)。首先在铁棍模型的两端和距稍部一尺、二尺处增加了几个方块,以便于施加力,再将模型的材质选择为Q235以模拟钢材的受力情况,以下是其中两个比较有代表性的结果。

      第一个结果是将铁棍两端滑动支撑(就像放在V型铁上),在中部施加300kg的载荷(大约四个人的重量),可以看到应力最大处在尖细的稍部,此时钢材表面的应力接近屈服强度,在这种条件下铁棍最弯处会变形大约8cm。当然,我并不建议你真的在实物上这样做,因为这种操作很极限,一不小心就会弯掉。

中部300kg载荷下的应力情况中部300kg载荷下的变形情况

        第二个结果是在在铁棍距稍部一尺处施加重物,局部所受的应力就要大一些,承重约225kg时(大约三个人的重量),局部接近屈服强度,最弯处变形大约2.9cm。因此较为纤细的铁棍前端相对脆弱(你这不是废话么!)。

一尺处225kg载荷下的应力情况一尺处225kg载荷下的变形情况

        进行了模拟之后,我们就可以大胆的用脚踏来进行试验,虽然铁棍比木棍要细的多,但一个人的体重完全没有问题。以下的视频就是测试的过程。

        有了这根铁棍,妈妈再也不用担心我的棍子被踩坏了!(记得那是一个晚上,我的脚踩在了我的3米栎木杆子上,然后。。。。。。。。心碎的声音)

从结疤处开裂的栎木杆子

       另外还有一点需要注意,光滑的钢材表面会有粘手的手感,程冲斗也曾说过杆子“不可漆,如漆涩手不活矣”,解决这一问题的办法是用砂纸之类的东西打糙钢材表面,划痕方向以垂直于出枪方向为好,(也就是环绕圆柱打磨,我原本以为平行于出枪方向打磨会更能减小摩擦)。

按图中方向打磨即可

        剩下的一个部分就是暴力试验了,主要是为了测试在这个强度级别下劈枪至地或是暴力砸树(或者披甲的人)等行为会不会让铁棍弯曲变形。这部分试验,留待下次再做。如果是和较重的铁器磕碰,即使将屈服强度再提高几个级别也还是难以避免变形。因为铁器之间的碰撞,两方退让性都很差(这点也是优势,打击的冲击力强,橡胶棍就打不弯,但也不能用对吧。。。。。。。。),碰撞的局部表面的应力很高,容易超过屈服强度,多次碰撞残余的应变积累起来总会显示出弯曲(反击法调直细长轴正是利用了这一原理,使用一磅左右的小锤子轻敲就能校正弯曲,要知道这个铁棍可是300kg也压不变形的)。

反击法调直细长轴

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参考文献

[1]邱隆.中国历代度量衡单位量值表及说明[J].中国计量,2006(10):46-48+76.

[2]胡春燕,刘新灵,陶春虎.时效温度对0Cr17Ni4Cu4Nb钢组织及力学性能的影响[J].材料工程,2014(11):73-78.

[3]韩文仁.细长轴锤击调直法[J].机械工人.冷加工,1982(02):19.



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