菜刀，作為廚房必不可少的工具，堅(jiān)韌是對(duì)它最基本的要求，如果發(fā)生斷裂，大家可能第一時(shí)間會(huì)覺(jué)得，這菜刀質(zhì)量有問(wèn)題，肯定偷工減料了。

(資料圖)

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但其實(shí)，菜刀易斷可能跟使用的材料關(guān)系不大，而是和菜刀的種類有關(guān)。今天我們就從金屬材料和金屬加工的角度來(lái)看看菜刀斷裂這件事情背后的客觀原因，也希望這篇文章能為大家提供一些選購(gòu)和保養(yǎng)菜刀的相關(guān)知識(shí)。

Part.1

通體不銹鋼菜刀其實(shí)并非一體

近年來(lái)，一體式不銹鋼刀具（以下簡(jiǎn)稱通體不銹鋼刀具或一體式刀具）非常流行。所謂的一體式就是刀身和刀柄從外觀上來(lái)看是一個(gè)整體，即通體均由不銹鋼構(gòu)成。

它的好處非常明顯，美觀和衛(wèi)生就是這類刀具最大的賣點(diǎn)。全身通體不銹鋼不僅能凸顯出銀白色的金屬光澤，還不會(huì)發(fā)生在木制刀柄乃至刀柄和刀身接縫處的細(xì)菌滋生問(wèn)題。

然而，這類刀具其實(shí)存在一個(gè)通病，就是出現(xiàn)刀身從刀柄處整體斷裂的概率遠(yuǎn)高于一般的分體式刀具，這是為什么呢？

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其實(shí)，一體式刀具看起來(lái)是一個(gè)整體，但卻是刀身和刀柄焊接在一起后形成的。

很多人可能會(huì)有疑問(wèn)，為什么不能用模鍛的方法讓刀具一次成型呢？比如把菜刀的料胚放在模具里，來(lái)一個(gè)沖壓不就能一體成型了嗎？

這個(gè)問(wèn)題非常有深度，而且實(shí)際上分體式的刀具（需要安裝木質(zhì)刀柄）很多都是這么制造出來(lái)的。但必須得說(shuō)一體式刀具可能不得不采取分開(kāi)制造再焊接的方法。這么說(shuō)的主要原因有下面三個(gè)：

第一，刀身用鋼和刀柄用鋼雖然可能都是不銹鋼，但具體的牌號(hào)一般不盡相同。刀身作為刀的核心，自然需要用綜合性能優(yōu)秀的高級(jí)材料，而刀柄作為附屬構(gòu)造，只要一定條件下不發(fā)生銹蝕就能滿足需求，所以從成本角度來(lái)說(shuō)完全沒(méi)必要統(tǒng)一兩者的材質(zhì)。

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而且，很多刀身采用了所謂的三合鋼，即兩面不銹鋼中間夾普通鋼，這種材質(zhì)能夠保證菜刀擁有最好的綜合機(jī)械性能?，F(xiàn)代化的菜刀工廠都是直接以鋼板的形式購(gòu)入刀身材料，無(wú)需傳統(tǒng)鍛刀工藝的千錘百煉。為了保證大規(guī)模流水線生產(chǎn)的效率，刀身和刀柄不得不分開(kāi)制造。

第二，相對(duì)于銅鋁等容易加工的有色金屬，鋼材的熱加工溫度更高，加工硬化也更顯著，說(shuō)白了就是所耗費(fèi)的能量以及對(duì)設(shè)備的要求要高得多，所以菜刀并不太適合用模鍛或者沖壓的方式一體成型。

當(dāng)然，單獨(dú)的刀身或者刀柄還是會(huì)分別經(jīng)過(guò)一系列機(jī)械加工過(guò)程，例如刀身可能會(huì)經(jīng)過(guò)沖壓裁切和輕微軋制，刀柄則可能會(huì)利用沖壓乃至數(shù)控切削來(lái)獲得所需的形狀。

第三，將刀身和刀柄連接在一起的焊接工藝叫做熱熔接，已經(jīng)是非常成熟的工藝技術(shù)。而且現(xiàn)實(shí)中即便焊縫出現(xiàn)斷裂，也很少造成嚴(yán)重安全隱患，畢竟菜刀和飛機(jī)對(duì)突發(fā)斷裂的安全容許度完全不是一個(gè)數(shù)量級(jí)，因此很多廠家都不愿在這上面花費(fèi)不必要的成本。

現(xiàn)實(shí)中的刀身刀柄接縫有時(shí)是直線（和刀柄中心線垂直），有時(shí)是斜線。在熱熔接后還要進(jìn)行外觀的拋光加工，因此焊縫往往非常不明顯。

Part.2

菜刀斷裂的罪魁禍?zhǔn)祝汉附雍蟮臍堄酂釕?yīng)力

經(jīng)過(guò)了上面的說(shuō)明，相信大家能夠理解這類菜刀必須對(duì)刀身和刀柄進(jìn)行焊接的必要性。焊接部分相對(duì)于整體結(jié)構(gòu)而言，普遍是最為脆弱的環(huán)節(jié)，這和我們的生活常識(shí)完全一致。

不光是焊接，像粘接、燒結(jié)、電子釬焊等連接接頭，一般都是外力作用下最先發(fā)生斷裂的部分。從這一角度來(lái)說(shuō)，需要經(jīng)過(guò)焊接的一體式菜刀，天生具有結(jié)構(gòu)上的缺陷。

因此從保護(hù)產(chǎn)品以及避免危險(xiǎn)的角度來(lái)說(shuō)，應(yīng)盡量防止菜刀掉落以及其他會(huì)產(chǎn)生較大沖擊力的情況，以免造成菜刀沖擊斷裂的情況出現(xiàn)。

不過(guò)，有的朋友可能會(huì)提出疑問(wèn)了——很多菜刀的斷裂位置，顯然不是焊縫位置，而是在距離焊縫有一定的距離的地方斷掉了，這是不是說(shuō)明，上面的解釋全都站不住腳呢？

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先別慌，我們先來(lái)看看焊接工序是如何操作的。當(dāng)焊接工序進(jìn)行之前，實(shí)際上刀身已經(jīng)完成了關(guān)鍵的熱處理工藝，具有了良好的綜合性能，既強(qiáng)又韌，這樣的鋼板如果從側(cè)面施加不大的沖擊力，幾乎不可能發(fā)生破壞性的斷裂。

比如我們拿著一塊菜刀用鋼板，從側(cè)面拍擊堅(jiān)硬的巖石，只要不是產(chǎn)品中存在大型的夾雜或者氣孔，幾乎不可能發(fā)生斷裂。而夾雜或氣孔之類的初級(jí)缺陷，在鋼板經(jīng)過(guò)合適的制造過(guò)程后應(yīng)能得到完全的消除。

而焊接時(shí)，由于鋼鐵材料熔點(diǎn)很高，需要采用集中加熱的辦法讓兩個(gè)焊接面附近達(dá)到很高的溫度，出現(xiàn)明顯的局部軟化。

之所以只加熱局部，有兩個(gè)原因：

第一，刀身整體已經(jīng)完成了熱處理，如果重新加熱，只會(huì)讓熱處理產(chǎn)生的強(qiáng)韌化效果部分或者完全消失。

第二，加熱整體不僅沒(méi)有必要，還會(huì)消耗大量能源，一般來(lái)說(shuō)工廠會(huì)用氬弧焊、局部感應(yīng)、激光、電子束等各種方式對(duì)焊縫進(jìn)行精確加熱。同時(shí)，實(shí)際中還會(huì)用壓力讓兩個(gè)接合面更加靠近以促進(jìn)焊縫的致密化。

在焊接完成并進(jìn)行機(jī)械拋光后，從外觀來(lái)看焊縫已經(jīng)非常不明顯了，而且從測(cè)試強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，焊縫并沒(méi)有我們想象的那么弱。

但是，生活中為什么又有很多刀身斷裂的情況發(fā)生呢？實(shí)際上，除了焊縫本身的脆弱性，焊接過(guò)程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力才是大部分“慘案”背后的元兇。

Part.3

為什么無(wú)法根除殘余熱應(yīng)力的影響？

**熱應(yīng)力是材料內(nèi)部的一種內(nèi)在力，在經(jīng)受過(guò)加熱或者冷卻的材料中，熱應(yīng)力就很容易產(chǎn)生。**它的存在有時(shí)候是有利的，甚至是故意施加的，比如鋼化玻璃的生產(chǎn)。但大部分情況下，熱應(yīng)力對(duì)于材料的穩(wěn)定性是有害的，需要予以控制和消除。

熱應(yīng)力的產(chǎn)生其實(shí)是物質(zhì)熱脹冷縮的必然結(jié)果，加熱后的冷卻過(guò)程中，加熱區(qū)域附近的鋼材組織必然會(huì)出現(xiàn)部分變形趨勢(shì)大于其它部分變形趨勢(shì)的現(xiàn)象。

而菜刀又是一個(gè)外觀統(tǒng)一且形狀確定的剛體，因此材料內(nèi)部就會(huì)出現(xiàn)局部的內(nèi)應(yīng)力。

也就是說(shuō)，這時(shí)的材料處于內(nèi)在不穩(wěn)定的狀態(tài)，用大白話講就是“憋著勁兒”。這股勁兒會(huì)在整個(gè)生命周期內(nèi)伴隨著刀具，所以我們的菜刀不光有粗獷的外在，還有狂野的內(nèi)心。

不要小看這些殘存的應(yīng)力，它們會(huì)導(dǎo)致材料內(nèi)部出現(xiàn)微細(xì)的裂紋，如果恰好遇到合適的外力，細(xì)微的裂紋就可能瞬間整體擴(kuò)展為毀滅性的斷裂。

雖然在焊接完成后，還會(huì)對(duì)應(yīng)力進(jìn)行一定程度的去除，例如在較低溫度下再次長(zhǎng)時(shí)間加熱，讓內(nèi)部趨于應(yīng)力平衡。

但過(guò)度的處理卻可能損傷材料整體的力學(xué)性能，讓好不容易獲得的強(qiáng)韌度下降。所以完全消除焊接帶來(lái)的熱應(yīng)力實(shí)際上是不可能的。

在我們?nèi)粘Ｉ钪?，鋼化玻璃的突然爆炸就是?nèi)應(yīng)力的結(jié)果，而我們目前的鋼化玻璃生產(chǎn)工藝無(wú)論如何也無(wú)法完全避免此類事故的發(fā)生（實(shí)際上，鋼化玻璃在出廠前會(huì)經(jīng)歷各種嚴(yán)苛的測(cè)試，以便讓存在隱患的產(chǎn)品在測(cè)試過(guò)程中就發(fā)生碎裂）。

破碎的鋼化玻璃

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同理，通體不銹鋼菜刀也無(wú)法完全避免刀身的突然斷裂。至于斷裂的位置，一般出現(xiàn)在熱應(yīng)力最大的焊縫處，當(dāng)然也可能出現(xiàn)在焊縫周圍，這取決于微裂紋發(fā)生的位置以及擴(kuò)展的方向等。

當(dāng)然，這并不是說(shuō)一體式菜刀肯定會(huì)斷裂，而是說(shuō)相對(duì)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的菜刀（它們的刀身和刀柄中的鋼是同時(shí)成型的一塊材料），經(jīng)過(guò)焊接的一體式菜刀在概率上更容易發(fā)生刀身的整體斷裂。

總而言之，對(duì)于制造刀具的企業(yè)來(lái)說(shuō)，需要盡可能提高焊接強(qiáng)度，同時(shí)完善焊接工藝，從而避免過(guò)度的殘留熱應(yīng)力。

參考文獻(xiàn):

1.オールステンレス包丁の折損問(wèn)題https://modama.net/knife/tips23.html

出品：科普中國(guó)

作者：張昊（材料學(xué)博士）監(jiān)制：中國(guó)科普博覽編輯：王婷婷

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標(biāo)簽： 鋼化玻璃 綜合性能 焊接工序