bjwj的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/bjwj

博文

中国古代文明中的标准化(六):铁器

已有 559 次阅读 2024-5-13 13:56 |系统分类:人文社科

一个故事与一把剑有关,而一把剑又与一个时代有关。

2500多年前,吴国和越国的军队进行了一场生死搏杀,结果越军大败。越国的国王勾践不仅献上了绝世美女西施,而且成了吴王夫差的马夫。在卧薪尝胆、忍辱负重二十年后,勾践回到越国。他任用贤臣,发展生产,东山再起,用了9年时间,最终灭掉了吴国,成为春秋时期最后一名霸王。这就是著名的越王勾践“卧薪尝胆”的故事,不仅励志而且充满了传奇色彩。

1965年,湖北江陵望山一号楚墓出土了一把剑,被称为“天下第一剑”和“最美的剑”。剑长55.6厘米,宽5厘米,剑首向外翻卷呈圆盘形,内铸11道精细的同心圆,剑身满饰神秘的黑色菱形花纹,剑格的正面和反面分别用蓝色琉璃和绿松石镶嵌成美丽的纹饰,整个造型显得高贵、典雅。在剑身正面靠近剑格处,写有两行鸟篆铭文,分别是“越王鸠浅 自作用剑”,经专家考证,鸠浅就是勾践,这八字铭文向我们表明了这把剑的身份和地位。这把剑在出土时插在漆木剑鞘里,出鞘时仍然寒光闪闪,耀人眼目。

经检测,这把剑的基体是锡青铜,而花纹则是锡、铜、铁的合金。这把剑代表了春秋时期兵器制造的最高水平。

 image.png

越王勾践剑

大约从公元前8世纪,我国进入春秋战国时期。虽然战争频繁,但却是我国几千年文明史中,一段极为光辉灿烂的时期。作为屹立在世界东方的巨龙,中国实现了历史上的首次腾飞,足以让每一个中国人自豪。不仅出现了老子、孔子、孟子和庄子这些伟大的哲学家和思想家,还有先进的科学技术,其中的代表之一就是铸铁。

春秋时期,青铜器逐步被铁器取代,铁器成为生产力发展的标志。我国冶铁技术处于世界领先水平,只是到了近代落伍了,从领跑者变成了追随者。相比西亚、北非、印度和欧洲中南部等地方,虽然我国进入铁器时代晚了200多年,但却后来居上,铸铁技术却比欧洲早了2000多年。

 “美金以铸剑戟,试诸狗马;恶金以铸钼、夷、斤,试诸壤土。”

——《国语·齐语》

美金指的就是青铜,恶金指的则是铁。铁器的使用,说明人类征服自然的能力提高。铁器时代的到来,标志着社会生产力的进一步显著提高。由于铁矿资源更丰富,开采成本更低,生产规模更大,铁器被运用到生产和生活的各个领域,推动生产力发生革命性的变革。铁器的范围比青铜器更广,包括武器、农具、礼器、生活和手工业用具。

铁制农具更加坚硬、锋利和有韧性,不仅可以挖掘更加坚硬和深层的土壤,极大地提高了生产力,而且扩大了人类可耕种的范围,例如山地和森林。恩格斯在《家庭、私有制和国家的起源》一书中指出:“铁使更大面积的农田耕作、开垦广阔的森林地区成为可能;它给手工业工人提供了一种其坚固和锐利非石头或当时所知道的其他金属所能抵挡的工具。”

人类最早利用的铁是天然陨铁。人工冶铁都是从块炼铁开始。而真正进入铁器时代是以人工冶铁术的出现为标志的。人工冶铁术最重要的技术就是铁和碳的配比,不同的配比将形成不同特性的产品:

碳含量低于0.05%的为熟铁(块炼铁),熟铁因碳含量低而较软;

碳含量在0.05%—2%的为钢,钢的碳含量适中,硬、韧度较好;

碳含量在2%-6.67%为生铁,生铁经过二次加工可成为铸铁,其中白口铸铁耐磨但质硬而脆,只能制作一般器物,而韧性铸铁脆性低,适合制作坚硬、耐用的工具和工具。

这表明,人工冶铁术中碳和铁的配比要适当,通过调配不同的比例并固化为标准,以获得不同器物的物理特性。

从春秋到现在,钢铁的应用范围不断扩大。刚开始,铁器大多是用天然陨铁制作而成,而不是人工冶铁,工艺相对简单,主要是锻打和铸造成型。后来,铁器的发展达到了巅峰,出现了各种不同形状和用途的铁器,特别是各种铁农具,如犁、铧、耧等。秦汉时期还出现了钢铁制品,如钢剑、钢刀等,其硬度和锋利程度都超过了青铜器。

制造可锻铸铁的同时,需要使用金属范,例如铁范、铜范。金属范与陶范一样,体现了标准化的思维与智慧。

1953年,考古学家在河北省兴隆县发现了铁范,证明早在战国时期就已经使用白口铁的金属型浇注生铁铸件。这批铁范包括锄、镰、斧、凿、车具等,范的形状和铸件吻合,壁厚均匀,利于散热;范壁带有把手,以便握持,又能增加范的刚度。由于金属型生产效率高、使用寿命长、产品规格齐整,又能保证得到白口组织,与铸铁柔化术配合使用,在古代农具铸造上发挥着重要作用。

铁范铸造是一种采用铁范成批生产生铁铸件的工艺,其特点在于可以重复多次使用,生产效率高,成品规格整齐。这种技术要求严格,需预热,并使用双层涂料。

铁范铸造的技术和流程涉及了标准化的问题。比如在实物的模型制作、泥范的制作、铁范的浇筑等步骤中,都需要有一定的标准化操作。这是因为铁范铸造需要批量生产,只有标准化的操作才能保证每一件产品的一致性和合格率。

image.png

战国·燕双镰铁范

具体来说,在制作实物模型阶段,需要按照一定的比例和规格进行制作,以保证铸造出来的产品符合要求。在制作泥范和铁范阶段,也需要按照一定的技术和流程进行操作,以保证最终产品的质量和尺寸符合要求。

此外,在铁范铸造的发展过程中,还出现了一些专门从事铁范铸造的匠人,他们通过不断的实践和摸索,形成了一套完整的制作技艺和流程,这些技艺和流程也成为后来铁范铸造的标准化的基础。例如在明代宋应星编撰的《天工开物》第八章“冶铸”,不仅记载了生、熟铁的生产过程,以及鼓风设备,还对制造斧、锄、锉、锥等生产工具的方法作了介绍,如制造锄“淋生铁三钱为率,少则不坚,多则过刚而折”的生铁溶化加水淬火技术。

1976年在河南古荥发掘出两座冶铁炉,炉体有效高度6米,容积50立方米,日产生铁约1吨,是我国目前发现的汉代容积最大的炼铁竖炉。围绕冶铁炉发现有矿石加工场、四角柱坑、水井、水池、船型坑、陶窑等设施,显示出以冶铁炉为中心组成的一个完整的冶炼系统。

夯筑技术的使用使得炼铁炉既结实又耐高温,椭圆形的炉缸克服了风力吹不到中心的难题,是当时最先进的炼铁设备。出土铁器通过金相检测,有灰口铁、白口铁、麻口铁、铸铁脱碳钢、球墨古代铸铁等。球墨铸铁是一种高强度的铸铁,可以“以铁代钢”,直到第二次世界大战以后,才正式登上冶金史的舞台。我国在汉代就有球墨铸铁,技术领先西方1800多年,标志着我国冶铁铸造技术居于当时世界领先水平。

《道德经》第五章写道:“天地之间,其犹橐(tuo)龠(yue)与?虚而不屈,动而愈出。”意思是:天地之间这个大空间,不就好像是一个大风箱吗?虽然其中空虚却不会穷尽,越推拉风量越大。据后来的学者考证,这正是冶铁的场景:橐与皮囊相类似,一边有把手,一边用鼓风管——龠通至炼炉,用时不断鼓动橐,压缩空气进入炉子,促进炼炉中木炭的燃烧。

《吴越春秋·阖闾内传》(注:阖闾是吴王,夫差的父亲)中对春秋冶铁进行了具体的描写:“使童女童男三百人鼓橐装炭,金铁乃濡,遂以成剑。阳曰干将,阴曰莫邪。” 在古代的神话传说中,干将是有名的铁匠,不仅打得一手好铁,更是能铸出好剑,他和妻子莫邪一起铸出了两把剑,一把叫干将,另一把叫莫邪。所以干将、莫邪,既是人名也是剑名。

在干将、莫邪的带领下,三百童男童女共同炼铁,规模巨大,组织有序。如果让人穿越时空,亲临冶铁现场,一定会赞叹不已。这也是农耕社会中准工业化生产的一个例证,体现了标准化的思想萌芽。

  现代社会,钢铁是国民经济的中流砥柱,是国家的命脉,是国家生存和发展的物质保障。我国成立了全国铸造标准化技术委员会、全国钢标准化技术委员会等标准化专业机构,建立标准体系并制定相应的标准,例如:GB/T 26656-2023《蠕墨铸铁金相检验》,GB/T 28417-2023《碳素轴承钢》等。



https://blog.sciencenet.cn/blog-3602671-1433871.html

上一篇:中国古代文明中的标准化(五):青铜器
下一篇:中国古代文明中的标准化(七):火药
收藏 IP: 111.204.220.*| 热度|

2 王安良 孙南屏

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (0 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2024-5-24 03:08

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部