先秦前汉时期中国独有的兵器制造技术

辉精英

先秦前汉时期中国独有的兵器制造技术          



　　关于先秦时期青铜成分配比，一般来说，在含锡8%以下时，青铜的可塑性随锡的增加而增加，超过此值的塑性才下降, 至于硬度，青铜中锡的含量越多硬度越大，在锡含量25%时达到高峰，可以达到中碳钢的水平，但其韧性也随之下降，即硬脆性越来越高，也不适于做兵器。

　　铅可以调节合金的切削加工性能，但铅含量增高后也会降低硬度，铅青铜的缺点是强度硬度较低，耐腐能力差，古人常以“弩马铅刀”自谦。所以中国古代制作兵器一般不用用铅青铜，而使用硬度和强度较高的含铅较低的锡青铜。《吕氏春秋.以顺论》：“白所以为坚也，黄所以为韧也。黄白杂则坚且韧，良剑也”。有人说中国古人不知道铅的作用，并以《考工记》的”六齐“说为证据，其实这是言过其实，现今发现了大量的春秋铜鼓，发现其中铅的成分正好13%，就是现代冶金学推荐的使青铜具有最佳流动性的含量，可见古人不仅知道铅的作用，而且对其功能应用的相当好。

　　由于是使用单一配比的青铜，世界其他文明和中国商周前期的青铜剑在硬度和韧性两者之间取值，这样折中矛盾做出的青铜兵器质量就难以保证。

　　至于青铜的锻造技术，有人认为几乎各古代文明都有锻打青铜，而惟独中国没有，我认为这也不符实，《尚书.费誓篇》上云：“锻乃戈矛,砺乃锋刃”，一个锻字足以说明。锻造可以使青铜中铅成分的排布发生变化，使铅向表面集中，这样的后果是提高了表面的韧性，但铅含量的增高却使强度降低，而相对内部却因铅含量的降低而硬度提高，因此对于青铜来说，不象锻铁，锻造并非好的制造兵器的方法。早期的中国青铜器是锻铸并存，如在公元前2000年的四坝文化、二里头文化等，都出土了一定数量的刀、锥等物品，一部分是锻造一部分是铸造。而青铜发展到成熟阶段一般是以铸造为主。

　　（白云翔《中国的早期铜器与青铜器的起源》《东南文化》 2002年07期 ）
　　
　　春秋时期，吴越等地出现了复合剑制作技术，在其后相当普遍。不同部位分别制造，然后用铸接技术连接，剑脊的铅含量较多使其韧性强，而剑刃铅含量低而锡含量高使其硬度高，如出土的东周时期的复合剑，剑脊锡含量8.13%，铅含量13.14%，这样的剑身韧性很强，而剑刃锡含量23.72%，铅含量1.42%，因此强度相当高。古人有意识地调节青铜剑中铅锡的含量，有力地反驳了某些人认为的中国古人不知道铅在青铜中的作用的论调。这种青铜剑具有完美的刚柔结合的特性。这种技术是中国独有，代表了青铜兵器制作技术的顶峰。
　　（申永良. 李维芬.《纯铜及其铜合金》《冶金丛刊》 1998年06期

　　W.ThomasChase 《中国青铜技术研究回顾与展望》 《文物保护与考古科学》 1994年01期

　　何堂坤《先秦青铜合金技术的初步探讨》《自然科学史研究 》 1997年03期

　　彭适凡. 华觉明. 王玉柱.《江西出土的青铜复合剑及其检测研究》 《中原文物》 1994年03期

　　 廉海萍. 谭德睿.《东周青铜复合剑制作技术研究》《文物保护与考古科学》 2002年S1期）
　　
　　“负剑,遂拔以击荆轲,断其左股。荆轲废”，秦王一剑削断荆柯的大腿，说明当时青铜剑的质量之优异达到惊人的程度，股骨是人体最粗壮的骨头，一击而断，就是一般的钢剑也难以做到。
　　
　　反观这时所谓的西方普及铁兵器，据说高卢人的铁剑是海绵铁锻成，一刺就弯，在地上踩直后才能再用，我找了一下，国外论文中确实有这一说法：

　　“……that Hannibal and his Africans were armed like Romans, with the spoils of the preceding actions; while the Spanish and Gaulish auxiliaries had the same kind of shield, but their Swords were wholly unequal and dissimilar. While the Spanish Xiphos was excellent both for cutting and thrusting, the long and pointless Gallic Machæra could only slash from afar. Livy {35} also notices the want of point and the bending of the soft and ill-tempered Keltic blades. ”

　　确实很糟糕，“soft and ill-tempered”, 但拿这种剑的高卢人多次打败过罗马人，还曾经攻陷过罗马城。

　　从对手的情况，可反观罗马人的铁兵器质量。
　　 　　
　　除了一剑削断荆柯大腿可见其优异质量外，以下资料也可印证实：
　　
　　“白点花纹剑J20,在国内外学者分析过的众多青铜剑中,它是唯一呈现了回火组织的。”
　　 （何堂坤. 陈跃钧《江陵战国青铜器科学分析》《自然科学史研究》 1999年02期 ）
　　
　　回火处理是因淬火出现脆性而发展的工艺，可以大大提高金属的韧性和强度。

　　即便是对于铁器，国外也是“很迟才开始实施有目的的回火”

　　 （唐电. 邱玉朗《中国古代金属热处理——试论退火、淬火、正火与回火》 《 材料热处理学报 》 2001年02期 ）
　　
　　“在清理一号坑的第一过洞T2方时，发现一把青铜剑被一尊重达150千克的陶涌压弯了，当移开陶俑的一瞬间，青铜剑奇迹般地反弹平直”

　　（ 马青云《铜车马御官俑佩剑之我见》《文博》 1995年01期 ）
　　
　　“在清理一号坑的第一过洞时,考古工作者发现一把青铜剑被一尊重达150ｋｇ的陶俑压弯了,其弯曲的程度超过45°,当人们移开陶俑之后,令人惊诧的奇迹出现了:那又窄又薄的青铜剑,竟在一瞬间反弹平直,自然恢复。”

　　（ 庚晋《古代刀剑的外观处理技术》《铸造技术》 2004年03期 ）
　　
　　这个事例从前在网上见过，但由于是网上的文章，难以相信，现在发现原来出自专业期刊。《文博》是文博专业的核心期刊。
　　
　　至于镀铬技术和秦剑表面误差极小的同心圆花纹制作技术，大家了解的比较多，我在这里就不再重复。
　　
　　关于锻铁技术:

　　海绵铁是熟铁，质地软，要做成硬度足够的钢剑，渗碳技术是关键。　　从考古发掘的含碳块炼铁器物来看,中国古代有意识的渗碳大约始于春秋时期,其年代大约在公元前7至前6世纪。

　　对湖南长沙杨家山出土的春秋晚期钢剑的分析表明,其含碳量为0.5%左右,属块炼铁渗碳钢制品,其年代为公元前6世纪左右。对燕下都的战国剑、满城西汉墓的刘胜佩剑等制品进行了较为详细的分析,表明它们的心部均为低碳钢,表层均为中高碳钢,这都是典型的块炼铁渗碳钢制品。

　　固体渗碳是将工件埋入固体渗碳物质中进行处理的工艺,它是最古老的热处理技术之一。从公元前18世纪一直到18世纪,固体渗碳都是西方钢铁增碳的主流手段。

　　中国除了拥有灼烧法、焖熬法和层叠法等固态渗碳技术外，还有液态渗碳法。

　　《吴越春秋•阖闾内传》:“金铁之精不销沦流,乃断发剪爪,投入炉中,使童女童男三百人鼓橐装炭,金铁乃濡。遂以成剑,阳曰干将,阴曰莫耶,阳作龟文,阴作漫理。”

　　“金铁乃濡”,唐电认为这极有可能是液态渗碳的开端。汉代以后，出现了把锻成的熟铁放到熔化的生铁中渗碳的技术，这就是标准的液态渗碳法。

　　国外液体渗碳技术是近代才发展起来的,波斯人从19世纪方才考虑以生铁取代木炭为渗碳剂的坩埚法渗碳方法(Sminth CS. A History of metallography. Cambridge:The MIT Press,1988)
　　
　　除了渗碳技术，渗氮可以提高淬透性，提高表面硬度，《武备志》、《篆刻缄度》中都有记载的渗氮法，而西方到20世纪才考虑到渗氮。

　　（唐电. 邱玉朗. 陈再良.《中国古代的钢铁渗碳和渗氮技术》 《金属热处理》 2002年08期 ）
　　
　　在金属热处理方面：
　　
　　“对徐州狮子山楚王陵出土的4件凿刀的金相分析表明,该4件凿刀都经过对刀头的局部淬火处理,以获得刀头硬、刀体韧的效果。对在山东苍山汉墓出土的环首钢刀、陕西扶风汉墓钢剑和汉代刘胜错金书刀的分析也表明,这些刀剑仅在刃部观察到马氏体,剑的脊部未见淬火组织，可见我国先民至迟在公元前二世纪已掌握了局部淬火技术。”
　　
　　现代意义的正火技术，是在19世纪末出现的，而中国古代战国时期就有类似的技术出现：

　　“……例如通过对易县燕下都发掘的战国晚期的矛和镞铤的分析发现,这两件铁器为块炼铁渗碳钢产品,其含碳量分别为0 20%和0 25%,内部组织由铁素体和珠光体构成,珠光体具有很宽的片间距,金相分析结果表明,这与今天的奥氏体在空冷即正火处理所获得的组织相似……”

　　在古代,淬火器物太硬,退火器物又太软,采用冷却速度适中的空冷,既省钱又省力。
　　
　　我国汉代的工匠对铸铁脱碳得到的低碳钢和中碳钢制造的器具很多不用淬火,而采用这种工艺。
　　
　　（唐电. 邱玉朗《中国古代金属热处理——试论退火、淬火、正火与回火》 《 材料热处理学报 》 2001年02期 ）
　　
　　在铁冶炼方面，中国是最早制作出铸铁的国家，领先西方1800年。中国的含铁量50%以上的富铁矿比例很少，不到总储量的1%，但我认为，就古代那点铁需求量来看，即使1%也是绰绰有余。东北、华北地区的变质-沉积磁铁矿含铁量虽低(35%左右)，属于贫铁矿，储量约占全国总储量的一半，但经选矿后可以获得含铁65%以上的精矿，不比一般的富铁矿差，我国现在还在向外出口这种精矿粉。

　　中国早在商代就已经有了溜槽式选矿法，利用水流和重力选矿，当然这时应该是应用到铜矿的筛选上，有出土的实物为证，溜槽式选矿法的基本原理直到现在还在用。至于古人有没有把这种方法应用到铁矿筛选上，我还没有找到有力的证据，不过在一些楚地的冶炼遗址，经常发现一些铁屑粉，推测是冶炼的铁渣，但也不排除是选矿后的原料。


　　（卢本珊.《商周选矿技术及其模拟实验》 《中国科技史料》 1994年04期）
　　
　　铁矿石中的杂质对铁的质量影响较大，如硫含量过高则制铁的机械性能差，西汉时期中国人就知道在冶炼炉中加入生石灰等碱性物质做助溶剂，能够结合二氧化硅降低熔点，而且能够脱硫。江西九江、南昌、樟树等地出土的铁器含硫普遍很低。证明当时的脱硫技术相当成熟。

　　(李静《璀璨的科技之光——中国古代化学•工艺技术》《承德民族职业技术学院学报》 1997年Z1期