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世界末日之后,你必须成为会做工具的工具人!

PanSci泛科学  · 公众号  ·  · 2017-09-22 11:35

正文

攸关生存的金属

金属具有完全不见于其他材料的种种特性。有些十分坚硬、强韧,适合用来製造工具,武器或结构零件,好比钉子或完整大梁。不过金属也具有可塑性,不像陶瓷那么酥脆——金属受压时会变形,不会碎裂,还可以拉成细丝,能用来固定、製造围篱或传导电力。多种金属还能抗拒非常高的温度,是打造高性能机器的理想材料。


能够製造金属器具,将大大地增加你在末日生存的能力


你在「大坠落」过后,必须尽快重新养成的能力,不只是掌握用铁,还得加上铁碳合金:钢。钢含有铁、碳混合原子,而且远远超过各部分的加总。把碳原子纳入,大幅改变了金属的特性,而且你可以因应不同用途,改变碳原子比例,从而控制钢的强度和硬度。


我们到后面才会检视,该如何从无到有,开始製造铁和钢,因为紧接灾后,你肯定很容易就能捡到钢铁材料。只要重新学会铁匠的传统技能,这些捡来的品项,也就可以活化再利用:在平炉(编按:有蓄热室的炼钢炉)或锻造炉上的砧板一边处理作品,一边让它保持灼热,同时也用鎚子和铁砧改造外形。综观整段文明史,人类之所以有办法利用坚硬的铁,理由便在于,铁受热会暂时改变物理特性,质地软化并具展延性,得以追打塑造成形,辗轧成薄片或者抽成管、线。这很重要,因为这表示,你可以使用铁製工具来处理铁材,製造出更多工具。


如何加工铁器

用铁製造工具,最重要的知识就是有关于如何让铁硬化的原理——淬火和回火。要让铁硬化,可以把它加热至火红,好让内部铁碳晶体,转化为硬组态的同素异形体(编按:同一元素因为分子式排列方式不同而有不同的物理形态,但化学生质相似)(它没有磁性——这可以在加热时检测)。不过随后若是让它缓慢冷却,这种晶体就会恢复原来形式,所以必须急速冷却,才能得到你想要的。採淬火加工,再把高热铁件泡进水中或油中。然而坚硬的物质也会很脆——易碎裂的钢鎚、剑或弹簧都毫无用处——所以製品淬火之后还必须回火。这种做法是再加热,维持较低温度一段时间,让某个比例的分子结构鬆弛开来——刻意牺牲材料的部分强度,换回一些柔软度。你可以经由回火来调节铁的材料特性,而这就是因应功能来需求改造金属的基本要点。


掌握了焠火跟回火技术,就能因应需求作出不同硬度的铁器


还有一项重要技术到比较晚近才发展成形,那就是銲接,用已融金属来胶合金属。乙炔能产生的热度,凌驾所有可燃气体,在氧气流中的燃烧温度超过摄氏三千二百度。要产生銲接气炬,可以经由一支点燃的喷嘴,分别控制加压氧和乙炔气流。纯氧可以藉由电解水取得,或者往后将液化气体分馏后来取得。乙炔可以取水与碳化钙块相互反应后释出,而碳化钙本身,则是取生石灰和木炭(或焦炭)一起摆进火炉加热生成,这两种物质我们已经介绍过了。除了胶合金属,氧乙炔火燄还能做为钢铁的切割气炬,产生氧气喷流来烧热金属,再切出整齐的线条。


电弧銲机所产生的温度还更高,约可达到摄氏六千度——如舞动闪电的威力。串接一批电池或使用一台发电机,就能产生充足电压,持续触发火花(或电弧),跃过目标金属和碳电极的间隙,让电极在金属表面移动,就能銲熔或切割。这种临时凑合的氧乙炔气炬或电弧切割机,是拾荒小组奉派进入死寂城市时不可或缺的设备,可以用来拆解废弃残骸,拾回最有用的物资。使用电弧炉是熔解废钢料,回收再利用的有效做法。电熔炉基本上就是台巨型电弧銲机,电力从大型碳电极涌现,通过金属并熔解,裡面还有石灰岩助銲剂,用来去除杂质,表面化为熔渣,熔钢则如水壶倒水般倾倒出来。使用可再生电源来运作的电弧炉是一门必须掌握的重要技术,这样才能纾解末日后世界对热能燃料的需求。


不过取得金属物资的能力,只做对一半,你还必须能够熟练处理这类材料,依你所需样式打造成形。假使你找不到还能操作的工具机,那么你有多少机会,可以从头製造出新机具?


製作小型工作室

一九八○年代,一位机械师提出了一项优雅的例证,他打造出一个支具齐备的五金工作坊——包括车床、金属成型机、直立钻床和铣床等一应俱全——材料不过就是黏土、沙、木炭和几块废金属。铝是个不错的选择,因为铝熔点低,方便铸造,而且非常不容易腐蚀,因此就算在末日灾变过后许久,依然可以找到。


这项出色计画的核心是个小型铸造设备,捡来的金属桶,裡面铺了一层黏土耐火内衬,使用木炭焙烧,并从桶侧导入气流来强化燃烧作用。用这台火炉熔化捡来的铝,已经绰绰有馀,接著就可以把熔融金属倒入模范裡,铸造出五花八门的机具零件。外范的製造原料可以採用细沙混入黏土(做为黏著剂)并添点水,接著让它紧紧包覆内模,外框则是个两件式木盒。


要打造的第一台机器是车床。简单的车床含一件平坦长梁,称为床座,头座固定于一端,另一端则是尾座,能鬆开锁具并沿著床轨左右滑动。工件装置于头座上的心轴——或栓在面板上,或以可动爪夹头钳住——接著整个工件由一套滑轮或齿轮系统带动,绕著这个中心轴旋转,至于原动力就看你已经驾驭了哪些类型(水车、蒸汽机或马达)。尾座可以用来支撑工件的另一端,并能因应不同长度沿著床座滑动,也可以装上钻头等工具,于是你就可以旋转工件并沿著中心轴线钻孔。车床还有个刀座,上面安装切削工具,同样能沿著床座滑动,由于採用横滑台,能精淮调校工件位置,边转动边切削,雕琢出合宜的剖面。最令人称奇的是,这台车床不只能够複製出它本身的所有零组件,打造出更多车床,而且当你凭空徒手製造这第一台车床,还在初步阶段之时,已经可以利用它来打造出其馀必要零件,完成这项设备。







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