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先容合于中邦古代三大冶炼技能

日期:2019-09-20 14:52 来源: 冶炼

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先容合于中邦古代三大冶炼技能

  被认为是中国古文明象征的商周到战国的青铜器,在某种意义上可以说是铸造技术所造就的。中国开始冶炼青铜的时期虽然晚于西方约千余年,然而后来居上,冶炼水平很快超过了西方。 从重875公斤的司母戊方鼎、精美的曾侯乙尊盘和大型的随县编钟群,以至大量的礼器、日用器、车马器、兵器、生产工具等,可以看到当时中国已经非常熟练地掌握了综合利用浑铸、分铸、失蜡法、锡焊、铜焊的铸造技术,在冶铸工艺技术上已处于世界领先的地位。而《考工记》中所记载的:“金有六齐。六分其金而锡居一,谓之钟鼎之齐。五分其金而锡居一,谓之斧斤之齐。四分其金而锡居一,谓之戈戟之齐。三分其金而锡居一,谓之大刃之齐。五分其金而锡居二,谓之削杀矢之齐。金、锡半,谓之鉴燧之齐”,是世界上最早的合金配比的经验性科学总结,表明当时中国已认识到合金成分与青铜的性能和用途之间的关系,并已定量地控制铜锡的配比,以得到性能各异,适于不同用途的青铜合金。

  中国冶炼块铁的起始年代虽然迟至公元前6世纪,约比西方晚900年,然而冶炼铸铁的技术却比欧洲早2000年。中国铸铁的发明出现在公元前5世纪,而欧洲则迟至公元后的15世纪。由于铸铁的性能远高于块铁,所以真正的铁器时代是从铸铁诞生后开始的。社会发展的历史表明,铸铁的出现是社会生产力提高和社会进步的主要标志。中国从块铁到铸铁发明的过渡只用了约一个世纪的时间,而西方则花费了近三千年的漫长路程。中国古代炼铁技术发展得如此迅速是世界上绝无仅有的。英国著名科学史家贝尔纳说,这是世界炼铁史上的一个唯一的例外。

  3.另一杰出的生铁加工技术是炒钢,它是中国古代由生铁变成钢或熟铁的主要方法,大约发明于西汉后期。其法是把生铁加热成液态或半液态,并不断搅拌,使生铁中的碳份和杂质不断氧化,从而得到钢或熟铁。河南巩县铁生沟和南阳瓦房庄汉代冶铁遗址,都提供了汉代应用炒钢工艺的实物证据。东汉时成书的《太平经》中也说:“有急乃后使工师击治石,求其中铁,烧冶之使成水,乃后使良工万锻之,乃成莫耶。”“莫耶”乃古代宝剑之称。这段文字虽失之疏简,但不难看出,它叙述的是由矿石冶炼得到生铁,再由生铁水经过炒炼,锻打成器的工艺过程。炒钢工艺操作简便,原料易得,可以连续大规模生产,效率高,所得钢材或熟铁的质量高,对中国古代钢铁生产和社会发展都有重要的意义。类似的技术,在欧洲直至十八世纪中叶方由英国人发明。 中国古代的炼钢技术主要是百炼钢。自从西晋刘琨写下“何意百炼钢,化为绕指柔”这一脍炙人口的诗句后,“千锤百炼”、“百炼成钢”便成为人们常用的成语。百炼钢肇始于西汉早期的块炼渗碳钢,其后不断增加锻打次数而成定型的加工工艺。到东汉、三国时,百炼钢工艺已相当成熟。上引《太平经》中的“万锻之,乃成莫邪”,即是其生动的写照。曹操曾令工师制作“百辟利器”,曹丕的《典论·剑铭》中说:“选兹良金(指铁),命彼国工,精而炼之,至于百辟”。刘备曾令“蒲元造刀五千口,皆连环,及刃口刻七十二湅”。《古今注·舆服》亦说:“吴大帝有宝剑三,……一曰百炼,二曰青犊,三曰漏景”。后世这一工艺一直被继承,并不断得到发展。 此外,在1981年经中国学者关洪野等人对513件出土的汉魏时期铁器研究后表明,中国早在两千多年前的汉代就已经发明了球墨铸铁,远远早于发达的欧洲国家。目前,中国学者所做的结论已经得到了国际学术界的承认。

  创始于魏晋南北朝时期的灌钢技术,是中国冶金史上的一项独创性发明。陶弘景说:“钢铁是杂炼生柔作刀镰者”,北齐的綦母怀文“造宿铁刀,其法烧生铁精以重柔铤,数宿则成刚”,说的就是灌钢技术。灌钢的工艺过程大致为,将熔化的生铁与熟铁合炼,生铁中的碳份会向熟铁中扩散,并趋于均匀分布,且可去除部分杂质,而成优质钢材。灌钢技术在宋以后不断被改进,减少了灌炼次数,以至一次炼成。沈括在《梦溪笔谈》卷三说:“世间锻铁所谓钢铁者,用柔铁屈盘之,乃以生铁陷其间,泥封炼之,锻令相入,谓之‘团钢’,亦谓之‘灌钢’”,并说“二三炼则生铁自熟,仍是柔铁”,正反映了灌炼次数的减少。其中把柔铁屈盘起来是为了增加生熟铁的接触面,提高灌钢的效率,并促使碳份分布更均匀;封泥则可以促进造渣,去除杂质,并起保护作用。明代灌钢技术又进一步发展,据《天工开物》卷十四记载,已把柔铁屈盘改为薄熟铁片,进一步增加了生熟铁的接触面,加速“生熟相和,炼成则钢”的进程,泥封亦改为草泥混封。灌钢又称“抹钢”、“苏钢”,其工艺自清至近代仍很盛行。在坩埚炼钢法发明之前,灌钢法是一种最先进的炼钢技术。

先容合于中邦古代三大冶炼技能

先容合于中邦古代三大冶炼技能

  中国古代最初是使用自然铜,商代早期已能用火法炼制铜锡合金的青铜。冶炼青铜的过程较复杂,大概是先把选好的矿石加入熔剂,再放在炼炉内,燃木炭熔炼,等火候成熟,取精炼铜液,弃去炼渣,即得初铜。初铜仍比较粗,需再经提炼才能获得纯净的红铜。红铜加锡、铅熔成合金,即是青铜。

  青铜的发明是人类文明史上的重大事件,由于其克服了纯铜的柔软弱点,且具有熔点低、铸造性能好等优点,逐渐成为古代铜器中的主要品种,并促进了车、船、雕刻、金属加工等制造技术和农业、军事及经济社会的发展。青铜器的应用,代表了当时的科技水平和文化艺术水平,成为这一时代的鲜明标志。

  对铁器的大量需求,促成了铁范(铸铁金属型)的发明。1953年河北兴隆燕国冶铸遗址出土的铁范,曾用来铸造铁斧、锄、镰和车具。这些铁范结构合理,壁厚均匀,形状和铸件轮廓相一致,并已使用铁芯。有的范能一次铸两件器物(如双镰范,图2[兴隆铁范(双镰范)]),表明铸铁技术在这个时期已达到较高的水平。

  铸铁热处理技术在此期间有明显的进步。由于铸铁都用木炭熔炼,碳含量大都在共晶点附近,而其他元素含量较低,属于较纯的铁碳合金。不少器件用铁范铸造,壁厚一般在3~5毫米,属于薄壁铸件。在实践中,已采用了较为合理的热处理规范,因而所得韧性铸铁件质量较好。白心韧性铸铁件多数处理完全,很少残留渗碳体和析出石墨。黑心韧性铸铁件多数以铁素体和珠光体为基体,一部分以铁素体或珠光体为基体,石墨形状与现代同类材质相近。

先容合于中邦古代三大冶炼技能

  灌钢法,古代中国劳动人民发明的一种先进炼钢工艺。是中国早期炼钢技术一项最突出的成就。由北齐著名冶金家綦母怀文发明。17世纪以前,西方各国一般都是采取熟铁低温冶炼的办法,钢铁不能熔化,铁和渣不易分离,碳不能迅速渗入。经过“块炼法”--“百炼钢”--“炒钢法”的发展历程,中国发明了灌钢法,成功解决这一难题,为世界冶炼技术的发展做出划时代贡献。

  南北朝时期,已经出现了技术更为先进的灌钢法,用此法制作的兵器坚韧锋利。早在汉代,人们就开始用煤做燃料,并用来冶铁。北宋时期,用煤冶铁已相当普遍。冶铁炉的温度因此得到提高,于是加速了冶炼进程,提高了冶铁业的生产效率。

  被誉为“中国古代兵器之王”的越王勾践剑,于1965年12月出土于湖北望山一号楚墓,出土时插在木质剑鞘里,出鞘时寒光四射,耀人眼目,锋利无比,令人赞叹不已。

  越王勾践剑就是一把采用复合金属铸造工艺制作的青铜剑,它的主要成分有铜、锡以及少量的铝、铁、镍、硫组成的青铜合金。而剑刃的精磨技艺水平可同现代在精密磨床上生产出的产品相媲美。由于其剑身的各个部位作用不同,使铜和锡的比例也不一样。剑脊含铜较多,能使青铜剑韧性良好,不易折断;而刃部含锡量高,硬度大,则会使青铜剑更为锋利。

  考古学家还证明在湖北地区出土的春秋战国时期的青铜剑,像越王勾践剑这样千古不锈、湛亮如新的还有多把;但奇怪的是,与青铜剑相比,钢铁剑却更容易锈蚀。

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