正文 第13章 中國古代科技史(12)(1 / 3)

“六齊”的產生有極大的技術和社會意義。在古代世界中,我國青銅技術的產生並不是最早的,但發展很快。除資源等方麵的原因外,在技術方麵至少有兩點:首先是我國很早就掌握了金屬冶煉所需要的高溫技術;其次是很早具有了水平比較高的合金技術。世界上不少國家在公元前兩三千年就進入了青銅時代,但發展緩慢。我國卻不是這樣。我國人民一旦發明了冶銅技術,很快就具有豐富的合金知識,並且迅速地把整個青銅技術推到更高的階段,建立了世界上最光輝燦爛的青銅文明。

鑄鐵柔化處理技術的發明

我國勞動人民早在戰國時代就開始廣泛使用鑄鐵工具,但是早期的鑄鐵,是質脆而硬的白口鐵,很容易折斷,不耐用。因此,經過生產實踐,我國勞動人民創造了兩種桑化鑄鐵的技術:一種方法是鑄鐵件的可鍛化熱處理,經過氧化脫碳並析出部分石墨,使成為白心可鍛鑄鐵。到戰國晚期,出現了黑心可鍛鑄鐵,是經過長時間加熱退火而成,韌性比白心可鍛鑄鐵高。另一種方法是經過加熱氧化,對鑄鐵進行脫碳處理。在脫碳不完全時,鑄件外層已成為鋼,內層還是鑄鐵,成為一種鋼和鐵同存於同一工具中的複合組織;在脫碳較完全時,白口組織消失,鑄件組織全部由鐵變成鋼,但還保存有鑄件的特點。

當時還利用控製退火辦法,創造了表麵為低碳純鐵、中心為硬度高的體質複合鑄件,使用中把表麵層磨損,露出中間層作為刃口,解決了某些工具既要有堅硬鋒利耐磨的刃口又要有韌性的要求,這種方法在戰國後期,北起燕趙、南達楚國的範圍內廣泛使用,大大提高了鐵工具的功能。

我國鑄鐵柔化技術的發明要比外國早2000多年。歐洲到18世紀才有白心可鍛鑄鐵,19世紀美國才開始熔製黑心可鍛鑄鐵。我國這個鑄鐵柔化技術的發明,對於當時鐵工具的廣泛使用,一對於促進當時社會生產力的發展,具有重大作用。

鑄鐵脫碳鋼的發明

鑄鐵脫碳鋼是一種特殊的製鋼方法,約可以追溯到戰國早期。它是經過熱處理方法製作出來的。它的操作要點是先生產出白口鐵鑄件,然後在氧化性氣氛中脫碳退火,使含碳量降低到鋼的成分範圍以下,不析出或很少析出石墨。它的金相組織同近代的鋼和熟鐵相似。

洛陽水泥製品廠戰國早期灰坑遺址出土過兩件鐵锛(ben奔),對其中一件的銎(qiong窮)部作了金相分析,知道它的表層已經脫碳,稍裏是珠光體,中心是白口鐵組織。這表明鐵锛進行過不完全的脫碳退火處理,應屬鑄鐵脫碳鋼的前身或早期階段。經秦、漢、魏、晉到南北朝時期,這項技術發展到相當成熟的階段。主要表現在:第一,進行這種處理的器物更多了。近年在北京大葆台、河北武安和河南繩池、南陽瓦房莊、鄭州古榮鎮、魯山望城崗等處都有發現,種類有鐵斧、鐵剪、鐵鏟、鐵小刀、鐵鑿、鐵笄、鐵犁、鐵鏵等成型件以及梯形和長方形的小鐵板等半成品件。第二,多數器件的整個斷麵都已經脫碳成鋼或熟鐵,中心再沒有白口鐵組織殘餘,沒有或隻有微量石墨在晶粒間界析出。第三,部分器件在整體脫碳成鋼或熟鐵後,經過局部鍛打、刃部滲碳或其他加工,獲得了更加良好的使用性能。第四,鑄鐵脫碳鋼主要用作手工業工具的斧、剪以及農具的鐮一類鋒刃器,而一般可鍛鑄鐵主要用作農具的鋤、鏟一類,至於鐵釜、鐵範、軸承一類生活用器、生產工具和交通用具,多用白口鐵和灰口鐵製作,說明當時人們對這些材質的性能已經有了相當認識,也說明鑄鐵脫碳鋼技術、可鍛化處理技術已經達到比較高的水平。南北朝時期以後,由於炒鋼等冶煉工藝和加工工藝的發展等,鑄鐵脫碳鋼技術、可鍛鑄鐵技術逐漸失去了它們在生產中的重要地位,唐代以後就很少看到了。

鑄鐵脫碳鋼的發明具有十分重要的意義。古代一般是沒有鑄鋼的,而鍛鋼生產率很低,加工成型比較難,所含雜質比較多。我國古代利用生鐵生產率比較高、容易成型、雜質比較少的優點,通過脫碳退火的辦法,得到一種組織和性能同近代鑄鋼相近的鑄件,這是我國古代冶金技術上的一項重大發明。

球墨鑄鐵的發明

碳以石墨形式存在的鑄鐵,根據石墨狀態的不同,大體上分為三種:石墨是片狀的為灰口鑄鐵;石墨呈團絮狀的為可鍛鑄鐵;石墨呈球狀的為球墨鑄鐵。其中,球墨鑄鐵既有比較高的強度,又有比較高的塑性和韌性,鑄造性能和加工性能都很好。我國在漢代就發明了球墨鑄鐵。

在河南鞏縣鐵生溝西漢中晚期的冶鐵遺址中出土的鐵錫,經過金相檢驗,具有放射狀的球狀石墨,球化率相當於現代標準一級水平,而現代的球墨鑄鐵則是遲至1947年才在國外研製成功的。我國古代的鑄鐵,在一個相當長的時期裏含矽量都偏低,也就是說,在約2000年前的西漢時期,我國鐵器中的球狀石墨,就已由低矽的生鐵鑄件經柔化退火的方法得到。這是我國古代鑄鐵技術的重大成就,也是世界冶金史上的奇跡。球墨鑄鐵以其優良的性能,在使用中有時可以代替昂貴的鑄銅和鍛鋼,在機械製造工業中得到廣泛應用。國際冶金行業過去一直認為球墨鑄鐵是英國人於1947年發明的。西方某些學者甚至聲稱,沒有現代科技手段,發明球墨鑄鐵是不可想象的。1981年,我國球鐵專家采用現代科學手段,對出土的513件古漢魏鐵器進行研究,通過大量數據斷定,我國漢代就出現了球狀石墨鑄鐵。有關論文在第18屆世界科技史大會上宣讀,轟動了國際鑄造界和科技史界。國際冶金史專家於1987年對此進行驗證後認為:古代中國已經摸索到了用鑄鐵柔化術製造球墨鑄鐵的規律,這對世界冶金史作重新分期劃代具有重要意義。