談冶金，得先從銅的冶煉談起。這項技術在我國出現得比西方晚。可是西方的早期銅器除紅銅製品外，主要是用砷銅和鎳銅。我國則不然。早期銅器如陝西臨潼薑寨仰韶文化遺址中的黃銅片，含鋅達25％，距今在六千年以上；甘肅東鄉林家馬家窯文化遺址的青銅刀，含錫6％—10％，距今近五千年；甘肅永登蔣家坪馬廠文化遺址的殘銅刀，也是錫青銅，距今四千餘年。表明在我國煉銅的起步階段，合金配比已與西方明顯有所不同，所以未曾也無從自外部取得借鑒。然而三千多年前，在甘肅西北部的四壩文化中，曾有一段單純製作砷銅的時期。促成這種現象的原因固然與當地出產之礦石的成分有關，卻也不排除是受到西來的冶煉技術的影響所致。甘肅玉門火燒溝四壩文化遺址中就出土了一件四羊首銅權杖頭。我國古代不使用此物，它具有濃厚的西亞色彩。這種器型很可能是伴隨砷銅一起傳入的。但砷銅的出現對我國來說，隻不過是增加了一個非主流的合金品種，而且處在我國已經獨立完成冶銅技術的發明之後；所以作用不是很大。另外，我們知道，19世紀前期丹麥的湯姆森提出了著名的三期論：認為人類主要的生產工具和武器是按照石器、青銅器、鐵器等三個技術階段依次發展的。到了19世紀後期，意大利的基耶裏克提出在石器和青銅時代之間增加一個銅石並用時代。他說的銅主要指紅銅。但紅銅軟，與石器相比優越性不明顯。紅銅加錫成為青銅，硬度提高而融點降低，其優越性就遠非石器可比了。我國從馬家窯文化時期就使用青銅，所以我國沒有一個明確的銅石並用時代。
進入夏代，在二裏頭遺址中出土的青銅器中，有鼎、爵、斝、盉、鈴、戈、戚、刀、鏃、錐、鑿、魚鉤等。特別值得注意的是其中的禮器和兵器。二裏頭出土的爵，是用合範鑄造的。二裏頭出土的銅鈴，器形矮，口侈；安徽肥西出土過類似之器。而安徽宣城孫家埠出土的西周銅鍾的器形卻正和它相近。故二裏頭之銅鈴應與後來的鍾等樂器有關。同時，二裏頭還出土了各種銅兵器，特別應當注意的是箭鏃。鏃是消耗性的軍用物資，如果不是青銅生產發達，是不會用青銅鏃取代石鏃的。對比西北地區出土的銅器，那裏多以小型工具和裝飾品為主。前二千年代以後，才出現鏃、矛等兵器。而二裏頭文化所屬的夏代，卻是禮器與兵器並重，他們把最先進的技術和材料，應用在“禮樂征伐”上。擁有軍事優勢，講究製禮作樂，標誌著中原地區在當時是文明和權力的中心。
到了商周時，青銅器已成為生產力發展的標誌。這時繼承了夏代開創的傳統，在“國之大事”的祭禮上要使用成套的銅禮器。世界其他地區雖然也有青銅器具；但商周銅禮器卻成為當時的意識形態的象征，不僅為祖先崇拜的精神力量所推動，更成為代表貴族階層的社會地位的符號。商周主要用泥範鑄銅器，範的麵泥是用水淘洗過的澄泥，可塑性和強度都好。我們看山西侯馬出的那些範塊，都像一件件精致的工藝品。範的背泥則用粗料，摻砂子或植物纖維，為的是讓它有透氣性。澆鑄前還要烘範，以免冷隔。澆鑄時把範拚接在一起，是為合範渾鑄。殷墟出土的後母戊鼎，通耳高1.33、長1.16、寬0.79米，是用二十多塊範拚起來渾鑄的。鼎大，範塊也得大；但安陽苗圃北地曾出長達1.2米的陶範，所以這方麵不成問題。此鼎重832.84公斤，加上澆鑄時的澆口、冒口、飛濺、飛邊、燒損等，所用金屬料原應在1000公斤以上。過去曾認為鑄這麼大的鼎須用七十至八十個坩堝（將軍盔），但這在技術上是不可行的。上述苗圃北地曾出直徑約80厘米的熔銅爐，用這種爐子有六座就夠用了。澆鑄時將六座熔爐布置在鑄型之外，依次打開出銅口，使銅液經地槽注入型內便可鑄成。隻不過鼎耳是在鼎身鑄好後，再在其上安模、翻範，澆鑄而成的。鼎上鑄有“後母戊”三字。建國初有學者把它釋成“司母戊”，是不對的。商代有些字的寫法左右無別。比如“好”字可以寫成；例子很多。後母戊鼎銘中的“後”字寫成“司”，亦同此例。再如婦好墓出土的圓尊和方尊上都有“後母”銘文。但其中的“後”字，兩個尊上的寫法就一反一正，卻不能認為它們不是同一個字。婦好是商王的配偶，卜辭中就稱她為“後帚好”（《合集》2672）。再看商代銅器銘文，其中器主名“亞某”的不罕見，如“亞”、“亞啟方彝”等。“亞”是爵稱，之“諸侯大亞”，《辛彝》之“王飲多亞”，均可為證。稱“亞某”和稱“後某”的語例正同。
談到商周時的鑄造工藝，許多書上都推崇分鑄，即先鑄出若幹部件，再與器身鑄接到一起。精美的四羊尊就是分鑄的。其實合範渾鑄也需要很高的技術。譬如鑄鍾，為了使音質純正悅耳，不宜分鑄後再鑄接或焊接，而要一次成型。特別是體型較大的鍾，泥範須分層疊合，每層又有許多塊，須裝配準確，拚接嚴密。又須使大量泥範不幹裂、不變形，使鑄出的成品表麵光潔，花紋整齊，是非常不容易的。直到後來，我國一些著名的大鍾，如北京大鍾寺之重46噸的大鍾也是渾鑄。不過它用的已是陶範，而且每層是一整圈，再套合而成，所以現在看到的範縫是橫向的。
我國古代鑄造工藝上的另一項成就是發明了疊鑄法。所謂疊鑄，就是把許多個範塊疊合起來組裝成一整套，用一個總澆口，一次就可以鑄出幾十個甚至上百個鑄件。這種鑄造方法效率高，節省造型材料和金屬液，能降低成本，適合小型鑄件的大量生產。戰國時，齊國已用疊鑄法鑄造刀幣。漢代仍用這種方法鑄錢。在西安郭家村新莽烘範窯中出土了五套完整的“大泉五十”陶範，均壘成橢圓柱體，由陶範二十三合（四十六件範片）組成，每合鑄幣八枚；每套一次可鑄幣一百八十四枚，效率很高。這項技術至東漢時又有所發展。河南溫縣招賢村發掘的一座東漢烘範窯，在約9平方米的窯室裏，堆放著五百多套疊鑄範。它們都是用金屬範盒翻製的，範腔清晰，結構謹嚴，每層合範之間都有定位榫，接觸麵光滑平整，且用心軸或輔以定位線組裝，合攏後既嚴密又不易錯動。其總澆口的直徑有的隻有8—10毫米，分澆口有的隻有2—3毫米，能鑄出很薄的鑄件。成品的表麵光潔度可以達到5級（光潔度共分14級），金屬收得率可以達到90%。現代的鑄造工程師看到這些實物時，也都讚歎不已。
下麵談談冶鐵。
建國以來，在科技史研究的許多領域，大都是逐漸積累材料，一步步深化認識。但在冶鐵史方麵，新發現卻仿佛井噴一樣，使人目不暇接，傳統的老看法這時幾乎被全麵刷新了。
我國最早利用的鐵是隕鐵。1972年，正當“文化大革命”期間，在河北槁城台西村商代遺址中出土了一件鐵刃銅鉞。發掘單位是河北省博物館，他們把這件鉞送到冶金工業部鋼鐵研究院去分析，檢驗結果說是古代的熟鐵。《考古》1973年第5期發表的簡報中，不僅肯定了這一點，而且還把它和郭沫若《“班”的再發現》一文中，推測“周初已有鐵礦的冶煉和鐵器的使用”的說法相聯係，認為：“台西鐵刃銅鉞的發現證明了郭沫若同誌的論斷是正確的。”既有實物，又有鑒定結果，又有郭老的高見，一時間似乎成為無可動搖的定論了。可是也就在發表上述簡報的那期《考古》上，有一篇夏鼐先生的《讀後記》，認為其鐵刃所用的材料有可能是隕鐵。這下差點鬧出大亂子，有人說夏先生是在貶低古代勞動人民在冶鐵方麵的偉大成就。幸虧隨後在鋼鐵學院柯俊教授指導下，重新對這件鉞作了檢驗分析。證明鐵刃中所含的鎳達6%，而且出現了分層的高鎳偏聚。這種現象隻能在冷卻極為緩慢（每百萬年冷卻1℃—10℃）的天體中才能發生，從而肯定了銅鉞的刃用的是隕鐵。
其實像槁城出的這類嵌隕鐵刃的銅兵器還有好幾例。美國華盛頓弗利爾美術館藏有1931年河南浚縣出土的一件西周早期的隕鐵刃銅鉞和一件隕鐵援銅戈。1977年在北京平穀劉家河商墓中也出土了一件隕鐵刃銅鉞。1991年河南三門峽市上村嶺西周晚期的2009號大墓中又出土了一件隕鐵援銅戈和用隕鐵製刃的锛和削。以上情況不僅落實了我國古代使用隕鐵的史實，而且通過兩件帶隕鐵刃的普通工具，表明當時隻把隕鐵看作優良的金屬材料；不像古埃及稱隕鐵為“來自天堂的黑銅”，給它戴上神聖的光環，反而限製了它的使用。
我國內地（不算新疆，新疆發現的鐵器比內地早）出現人工冶煉的鐵的時間就今所知是在西周末。三門峽上村嶺2001號虢季墓出土了一件玉柄鐵劍、一件銅內鐵援戈。2009號虢仲墓出土了一件銅骹鐵葉矛。經檢驗，戈援是塊煉鐵製品，劍和矛則是塊煉滲碳鋼。人類冶鐵都是從塊煉鐵開始。將鐵礦石和木炭在爐子裏加熱，可以通過化學上的還原作用生出金屬鐵。但鐵礦石在熔化後的還原過程中，變成疏鬆的全是氣孔的海綿狀物，還原出來的小鐵珠凝固並隱藏在渣塊中。它叫塊煉鐵，也叫海綿鐵，含碳量很低，相當軟。之後在反複加熱鍛打中擠出渣子，並由於同炭火接觸，滲碳變硬而成為塊煉鋼。考古學證明，我國在西周末已經生產出這樣的鐵和鋼。
過去討論這個問題時，多半依靠文字材料。或根據《班簋銘》中的“人”，認為西周初年已用鐵。或根據《叔夷鍾銘》中的“徒”；《詩·大雅·公劉》中的“取厲取鍛”；《左傳·昭公二十九年》中的“遂賦晉國一鼓鐵，以鑄刑鼎，著範宣子所為《刑書》”等記載，認為春秋時代已有鐵。但這些說法均有可商之處。如《班簋銘》中明說，人是用於“伐東國瘄戎”的。《叔夷鍾銘》也說，以徒“為汝敵寮”。可見他們都可能是士兵，而不是冶鐵工人。何況上述《鍾銘》中稱，這一次所賜徒的人數達“四千”之眾，如果這四千人都從事冶鐵，則叔夷掌管的鐵工業的規模更大得無從想象。至於“取鍛”一詞中的鍛，早期的訓詁家都不拿它作為動詞。毛傳：“鍛，石也。”鄭箋：“鍛，石所以為鍛質也。”《釋文》：“鍛，本又作碫。”“厲”字《釋文》也說：“本又作礪。”礪、碫都當粗石講。退一步說，即便是動詞的鍛，它的原始意義也不專指鍛鐵。金文鍛（段）字作（段簋），像一人在屋內手執工具對進行加工。此字是“黃呂”之呂，也可能是金文金字（麥鼎）、（師鼎）省形，總之均係指銅而言。對北京故宮所藏商周青銅工具和兵器檢驗的結果表明，其中大部分均經過鍛打。《尚書·費誓》說“鍛乃戈矛”，正可相印證。故鍛亦指鍛銅，鍛字和鍛鐵沒有必然聯係。至於《左傳》中的記載，雖然曾在討論用鐵的文章中被多次引用；但《孔子家語·正論解》中言及此事時，不作“一鼓鐵”而作“一鼓鍾”。鼓和鍾都是量名，這裏說的是統一度量之舉，與《管子·君臣》之“衡石一稱，鬥斛一量”、《周禮·夏官·合方氏》之“一度量”的語例相同。《左傳》中這段話應在“遂賦晉國”下斷句。趙鞅在晉國建立稅製、統一度量之後，乃鑄“刑鼎”，公布範宣子起草的成文法，正是互相關連的一套措施。相反，如果真的是在全國征收一鼓（即一斛）之鐵，那麼每戶的征收量少得可憐，就講不通了。不過並不是說在出現上述記事的年代中我國尚不知用鐵，僅內地出土的春秋鐵器已不下八十餘件。如白雲翔先生所說，這時發現鐵器的地點“西起隴東、東到江蘇六合，北起山西長子、南達湖南長沙”。特別是瀕海的山東地區也有這方麵的實例。近年學術界注意到淄博附近品位既高又易於開采的露天鐵礦和古代的冶鐵遺址，認為研究我國早期冶鐵，淄博是一個不可忽視的地方。當然這些新發現與上麵提到的文字材料仍牽合不到一起。
我國在西周末出現了塊煉鐵和塊煉滲碳鋼，到春秋早期就出現了鑄鐵。山西天馬—曲村遺址出土了春秋早期和中期的條狀鑄鐵。長沙窯嶺15號墓出土了春秋晚期的鑄鐵鼎，重量超過3公斤。鑄鐵是在豎爐裏以高溫液態還原法煉出來的。鐵的熔點是1536℃，但是用不著這麼高的溫度，加熱到1200℃時，被木炭還原出來的固態鐵就迅速吸收碳；當含碳量超過2%時，燒到1146℃鐵就熔化了。西方古代煉銅時，爐子裏的溫度肯定超過銅的熔點1083℃，隻要再提高120多度就能煉出鑄鐵來。可那邊就愣是長期邁不過去這道坎。可能因為西方冶鐵的傳統是鍛打海綿鐵，冶鐵之神的造像手裏永遠拿著象征鍛鐵的火鉗和錘子。公元初年羅馬的煉鐵爐有時因過熱而煉出了鑄鐵即生鐵，然而由於生鐵一鍛即碎，所以都被當作廢料拋棄了。
與塊煉鐵相比，鑄鐵較為純淨，礦石裏的非金屬夾雜物可以造渣排出。而塊煉鐵中的矽酸鹽等夾雜物，無論怎樣反複錘打也難以清除得很徹底。戰國以後，我國在鑄鐵煉爐中添加石灰石作熔劑，更降低了渣的熔點和渣中的含鐵量。渣輕，漂在表層，倒掉就是了。在液態介質中，重者居下，輕者居上，這點道理太簡單了。可是有時也鬧這方麵的笑話。民國初年，清史專家孟心史先生在一篇文章中說，盛宣懷為了巴結西太後，為西太後去易縣謁陵修了鐵路，小火車中的衛生間裏擺著“如意桶”。桶中下鋪黃沙，中注水銀；便溺落入，則被水銀所掩，不泄氣味雲雲。假如真有此事，則水銀當沉到桶底，黃沙和汙物反而浮在上麵；再加上水銀蒸發的毒氣，真夠西太後她們聞一陣子的。盛宣懷當然不會也無法這麼做。