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45、绝境求变 ...
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工部虞衡清吏司的一纸公文,如同最后一道冰冷的铁闸,轰然落下,彻底断绝了赵楷试图从源头上改良材料的任何可能性。他只能使用工部统一调拨的、质量参差不齐的官营铁料和劣质石炭(焦炭尚未普及),这几乎宣判了“强矢”项目,乃至整个“标准化”深化的死刑。
赵楷将自己关在秘密实验室里,对着那些失败的坩埚和废渣,感到了前所未有的绝望和无力。技术上的难题尚可凭智慧和毅力去一点点攻克,但体制的枷锁和资源的垄断,却如同一座无法撼动的大山,压得他喘不过气。
孙主事、鲁小鱼、铁蛋等人看着他日渐消瘦、神情恍惚的样子,都忧心忡忡,却又无能为力。
“郎君,要不……咱就算了吧?就用那新箭镞,好歹比旧的强点……”铁蛋憨憨地劝道。
“是啊,赵先生,工部卡死了料,咱们有啥法子?”孙主事唉声叹气。
鲁小鱼则咬着嘴唇,不甘心地摆弄着那些淬火碎裂的箭镞样品,眼神倔强。
赵楷知道他们说的是实话,但让他就此放弃,他做不到。前线将士在流血,而他明明知道有更好的方向,却因人为的阻碍而束手无策,这种憋屈感几乎让他发疯。
“不!绝不能放弃!”他猛地站起身,眼中布满血丝,“他们卡死了原料,但我们还能在工艺上想办法!用最差的料,榨出最好的性能!一定有办法!”
他再次强迫自己冷静下来,将目光从虚无缥缈的“炼钢”拉回到相对现实的“热处理”和“加工硬化”上。既然无法改变材料的化学成分,那就最大限度地优化其微观结构!
他开始更加疯狂地研究淬火工艺。没有温度控制,他就尝试分级淬火——先将工件在一种介质(如油)中冷却到一定温度(凭感觉),再迅速转入另一种介质(如水或盐水)中冷却,试图减少应力,防止开裂。没有恒温炉,他就尝试用热浴回火——将淬火后的工件放入不同温度的沙子、金属屑或盐浴中保温(用沙漏计时),再取出空冷,以调整韧性和硬度。
过程依旧是盲人摸象,全凭经验和运气。废品率居高不下,偶尔的成功也难以复现。但他咬牙坚持着,记录下每一次微小的参数变化和结果,试图从中找到一丝规律。
然而,工部调拨的铁料质量实在太不稳定,同一批料,甚至同一块料的不同部位,碳含量和杂质分布都可能天差地别,导致完全相同的热处理工艺,结果却截然不同。工艺优化的努力,在垃圾原料面前,收效甚微。
就在赵楷几乎要再次被绝望吞噬时,一个意外的事故,又一次带来了转机。
那日,铁蛋负责照看一个尝试高温盐浴回火的小炉子。炉子里融化的是粗盐和硝石的混合物,用以维持一个相对稳定的中温环境。由于连续熬夜,铁蛋不小心打起了瞌睡,炉火无人看管,温度不知不觉升得过高,炉内的盐硝混合物剧烈沸腾,甚至冒起了诡异的黄绿色烟雾。
“咳咳咳!”铁蛋被呛醒,吓得魂飞魄散,手忙脚乱地想将炉子撤火,却不小心打翻了旁边的水桶,少量冷水溅入了沸腾的盐浴中!
嗤啦——!
一声爆响,盐浴剧烈反应,喷溅出大量泡沫和烟雾,吓得工坊里所有人一跳。
“铁蛋!你个憨货!又闯祸!”鲁小鱼气得大骂。
赵楷也被惊动,冲过来查看。炉子一片狼藉,盐浴废了,里面正在回火的几支实验箭镞也沾满了泡沫和污渍,显然也废了。
“郎君……俺……俺不是故意的……”铁蛋哭丧着脸,吓得快哭了。
赵楷看着惨不忍睹的现场,叹了口气,无奈地摆摆手:“算了,收拾了吧。”他心情沮丧,也懒得责备。
铁蛋如蒙大赦,连忙收拾残局,将那些“报废”的箭镞捡出来,准备扔进废料堆。
就在他拿起一支箭镞时,下意识地用手掰了掰,又用手指弹了弹。
“咦?”铁蛋发出了一声轻咦。
“又咋了?”鲁小鱼没好气地问。
“这……这箭镞……好像……特别硬?”铁蛋不确定地说,又用力掰了掰,箭镞纹丝不动,发出清脆的金属声,“而且……好像没以前那么脆了?”
赵楷闻言,心中一动,立刻上前接过那支箭镞。只见箭镞表面覆盖着一层灰白色的、略带斑驳的氧化膜,看起来确实品相不佳。他用手感觉了一下重量,又找来锤子和铁砧,小心地敲击刃口。
叮!声音清脆,回弹有力!刃口只有极细微的卷曲,没有崩裂!
他又拿起其他几支经历了这场“事故”的箭镞测试,结果类似!硬度极高,韧性也不错! 远超正常工艺处理的效果!
“这……这是怎么回事?!”赵楷又惊又喜,如同发现了新大陆,“铁蛋!你刚才到底做了什么?”
铁蛋一脸茫然:“俺……俺就打翻了水桶,溅了点水进去……”
“水?高温盐浴?溅水?”赵楷大脑飞速运转,试图理解刚才发生了什么。高温盐硝混合物?溅入冷水?剧烈反应?产生了……某种未知的化学环境?对钢铁表面进行了渗氮?还是碳氮共渗?或者是其他什么神奇的表面硬化效果?
他无法确定具体的化学反应,但结果显而易见——一次意外的事故,竟然产生了一种极其有效的表面强化效果!
“快!重现刚才的情况!”赵楷激动地大喊,“同样的盐硝比例!同样的温度!同样……溅水!不!是可控地引入水蒸气或某种液体!”
实验室再次忙碌起来。虽然无法完全复现事故的所有细节(那诡异的黄绿色烟雾不知是何物),但经过反复试验,他们确实掌握了一种极不稳定的表面硬化工艺:
将工件在特定配比的熔融盐硝混合物中加热到高温,然后在特定时机,以特定方式引入少量水或含氮物质(如尿,赵楷猜测可能含氮),引发短暂而剧烈的反应,工件表面会形成一层极硬的硬化层,而心部仍保持较好韧性!
工艺极其危险(易爆炸、有毒气),参数极难控制(温度、 timing、剂量全靠猜),成功率不到三成,且硬化层深度很浅,只适用于小尺寸工件如箭镞、刃口等。
但它的效果是惊人的!经此处理的箭镞,其刃口硬度远超常规淬火,穿透力显著提升,且不易崩碎!
“歪打正着!又是歪打正着!”赵楷捧着几支成功的样品,激动得手舞足蹈。虽然工艺粗糙危险,但这无疑是一条全新的、极具潜力的技术路径!表面热处理!这是超越时代的理念!
他立刻将这种偶然发现的“盐浴反应表面硬化法”(他胡乱起的名字)列为最高机密,只在秘密实验室内,由最核心的几人操作,尝试优化和稳定工艺。
然而,工艺的复杂性和危险性注定其难以大规模应用,只能作为尖端技术储备。
与此同时,前线对抗西夏盾牌的战术也发生了改变。宋军发现,单纯依靠箭矢破甲效果不佳,开始更多地使用重型弩炮(床子弩)发射大型破甲箭(如“踏橛箭”),或者配合步兵强攻和火攻。
这意味着对单兵强弩和箭矢的“强矢”需求紧迫性有所下降。枢密院的态度也从急切催促,转变为“继续改进,稳步换装”。
压力暂时缓解,给了赵楷一丝喘息之机。
但他并未放松。他深知,材料瓶颈一日不破,他就永远受制于人。这次是箭镞,下次可能是刀剑、甲胄、乃至更重要的军械。
必须找到一种更稳定、更安全、更容易推广的表面硬化技术!
他再次将目光投向渗碳——最古老、最普遍的表面硬化方法。传统渗碳用木炭粉,效率低,效果差,渗层不均。
他尝试改进。将木炭磨得更细,加入碳酸盐(如碳酸钡,来自重晶石,中药有少量使用)作为催化剂,尝试提高渗碳效率和均匀性。
他设计了一种简单的密封渗碳箱,将工件埋入渗碳剂中密封加热,试图减少氧化,控制碳势。
效果有一些,但提升有限,且工艺周期长,成本高。
就在他一筹莫展之际,狄明月又一次带来了意想不到的信息。
“赵楷!赵楷!你看我给你带什么来了!”狄明月兴冲冲地跑进实验室,手里拿着一个小布包,神秘兮兮地打开。
布包里是几块黑褐色、带着油脂光泽的块状物。
“这是……石炭?”赵楷疑惑道。
“不是普通的石炭!”狄明月得意地说,“是‘焦炭’!西山那边新开的‘蜂窝炼焦窑’出的!听说这玩意烧起来火旺烟少,比石炭好用!我好不容易才弄来这点!”
“焦炭?!”赵楷眼睛猛地一亮,如同黑夜中看到了灯塔!
焦炭!这可是高炉炼铁的重要原料!燃烧温度高,杂质少!等等……焦炭……是由煤干馏得到的,其过程会产生大量的焦炉煤气和煤焦油……而焦炉煤气中,富含氢气和甲烷,以及……一氧化碳?而一氧化碳,是气体渗碳的富化气?!
一个更大胆、更“歪楼”的想法,如同闪电般击中了他的脑海!
气体渗碳!用焦炉煤气或者木炭不完全燃烧产生的炉气,作为渗碳气氛!这比固体渗碳效率高得多,控制得好,渗层也更均匀!
虽然以现在的条件,实现可控的气体渗碳简直是天方夜谭,但……为什么不能土法上马,尝试一下呢?
“明月!你立大功了!”赵楷激动地抱住狄明月转了一圈,抓起那几块焦炭就往外跑,“铁蛋!小鱼!快!砌个新炉子!”
狄明月再次被他抱得满脸通红,愣在原地。
赵楷立刻设计了一个极其简陋的、带密封炉膛和可调节进气口的实验用渗碳炉。他用石砖和耐火泥砌成,结构粗糙。
他没有焦炉煤气,就用木炭在炉膛下部不完全燃烧,试图产生富含一氧化碳的炉气,然后将需要渗碳的工件悬挂在炉膛上部,利用炉气进行渗碳。
过程极其原始和危险。炉温控制靠眼看,炉气成分全靠猜,密封性差,一氧化碳极易泄漏中毒!
赵楷让铁蛋和鲁小鱼在远处操作鼓风,自己戴着浸湿的布巾(简陋的“防毒面具”),冒着生命危险,近距离观察和调整炉火,记录火焰颜色和工件变化。
失败了一次又一次,不是温度不够,就是氧化脱碳,甚至差点引起爆燃。
但赵楷毫不气馁,不断调整木炭量、空气量、工件位置、加热时间……
数日后,一个夜晚。炉火再次点燃,赵楷全神贯注地观察着。炉膛内,火焰呈现出一种奇特的蓝紫色,工件被烧得通红。
他小心翼翼地维持着这种状态。
时间一分一秒过去。
突然,鲁小鱼指着炉膛叫道:“先生!快看!箭镞表面……好像在冒火星子?”
赵楷凑近一看(极其危险!),只见箭镞表面似乎有极其细微的碳黑沉积,并伴随着微弱的火星闪烁——这是碳正在被吸收的迹象?!
他强压激动,继续维持。
到了预估时间,他迅速撤火,让工件在炉内缓慢冷却(防止氧化)。
第二天,炉温彻底冷却后,他迫不及待地打开炉门,取出工件。
工件表面覆盖着一层均匀的黑色碳层。清理干净后,露出青灰色的金属表面。
硬度测试!
锉刀打滑!划痕测试表现优异!
成功了!虽然效率依旧低下,工艺极不稳定,但他确实初步实现了土法气体渗碳!
虽然这只是万里长征的第一步,离真正实用化还差得远,但它指明了一个全新的、潜力巨大的方向——化学热处理!
然而,赵楷还来不及庆祝,一个更大的危机,已悄然迫近。
这日,他正在工坊里记录气体渗碳的数据,孙主事连滚带爬地跑来,脸色惨白如纸,声音抖得不成样子:
“赵……赵先生!祸事了!天大的祸事!皇城司……皇城司的人来了!带着驾帖!说……说您私设秘炉,行巫蛊厌胜之术,诅咒宫闱!要……要锁拿查办!”
赵楷手中的笔啪嗒一声掉在地上,整个人如遭雷击,瞬间冰封。
巫蛊厌胜?!诅咒宫闱?!
这已不再是技术之争,官场倾轧,这是最恶毒、最无法赦免的政治构陷!是要将他彻底置于死地!