西汉王朝对决罗马帝国 第五章; 两国科技谁更发达一(实践科学方面) 第二节;独占鳌头的西汉冶金技术(二)

linfeng1988 收藏 0 0
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上节已经讲到两国的冶铁技术差距极大,但罗马帝国所使用的金属主要是青铜而不是钢铁,那么罗马帝国所使用的青铜材料的机械性能与西汉王朝所使用的百炼钢器具相比又有多大的差距呢?

罗马帝国所使用的青铜器具完全是纯铸青铜器具,就机械性能而言与百炼钢器具相比仍然相差三个等级即:纯铸青铜器(第一等级)→混铸青铜器(第二等级)→高碳钢器具(第三等级)→百炼钢器具。在具体分析纯青铜器具与其它金属器具、金属合金器具的性能差距之前得先介绍一下什么是青铜、青铜的机械性能变化规律和青铜器的铸造工艺。

青铜是铜和锡的金属合金,一般青铜器具的铜锡合金是;铜的合金比在70%—75%之间,锡的合金比一般在20%—25%左右,青铜中除含有铜、锡两种金属元素外,通常还含有少量的铅、铬、硫、砷等多种金属、非金属元素。与钢铁器的制造工艺不同,青铜器不是锻打而成的而是铸造而成的。在铸造一件青铜器之前先要制造出和这件青铜器形状相同、体型略大的范模,然后再将700℃—800℃的一定比例的铜、锡混合溶液倒入范模之中,待冷却后青铜器就铸造成形了。

青铜的机械性能取决于铜与锡的合金比。铜∶锡合金比越高,青铜材料硬度越低、韧性越好,反之则青铜材料的硬度越高、韧性越差。但青铜中的含锡量无论高到何种程度,青铜的硬度都不会超过含碳量较高的中碳钢,更赶不上高碳钢和生铁,并且如果青铜中的含锡量超过了28%,随着含锡量的增加,青铜材料的硬度反而还会下降。通常能够用作制造工具的青铜材料有较高的硬度,其莫氏硬度与黄玉基本相当,但实用的青铜材料的韧性很差,受到重击之后很容易折断,更不可能发生弯曲。所以由单一材料铸造的青铜器短而厚,很容易破碎、折断。如在罗马和平时代罗马帝国铸造的青铜剑只有40—50厘米长,又厚、又重,即便如此但还是很容易折断!

青铜纯铸技术是指用单一的青铜溶液铸造某一件青铜器的技术。这样铸造而得的青铜器,各个部分的合金比是相同的,也就是此种青铜器的合金材料是单纯的,因此这种青铜铸造技术被称之为青铜纯铸技术。由青铜纯铸技术铸造的青铜器机械性能很差,很容易破碎、折断,因此由青铜纯铸技术铸造的青铜器又短又厚。

但在战国时代我国所铸造的青铜剑却长达80—90厘米,从秦始皇兵马俑一号俑坑中出土的两把青铜长剑的长度分别为92.8cm、93.8cm,并且这两把青铜长剑不但不厚、反而薄而细,其重量甚至还要比罗马青铜短剑轻。这时我们不禁会问,不是说青铜材料的韧性很差,青铜器又短又厚吗,为什么中国人铸造的青铜剑偏偏是又长又薄呢?

道理很简单,战国时期中国的青铜器铸造技术与罗马帝国的青铜器铸造技术完全不同。战国时期中国铸造的青铜器是用青铜混铸技术铸造的。所谓的青铜混铸技术是指用两种或两种以上的不同合金比的铜、锡合金溶液混合铸造同一件青铜器。就拿由青铜混铸技术铸造的青铜剑来讲:剑的中脊部位用铜∶锡合金比较高,韧性较好的青铜材料铸造而成,这就保证了青铜剑既不容易折断、又不至于太厚太重、而剑的杀伤部——锋部和韧部则用铜∶锡合金比较低,含锡量较高,硬度较高的青铜材料铸造而成,这就保证了剑的杀伤力。

青铜混铸技术是青铜时最重大的冶金发明。此项技术在一定程度上解决了纯铸青铜器韧性极差的缺点,大大提升了青铜器具的实用性能。与纯铸青铜兵器相比混铸青铜兵器不仅不容易折断,由于其锋、锐部的青铜材料的含锡量很高,因此混铸青铜兵器还要比纯铸兵器锋利。混铸青铜器具的性能远比纯铸青铜器具优越!

混铸青铜器具的机械性能虽然比纯铸青铜器具优越,但它的机械性能与钢铁器具相比还是有本质的差距。混铸青铜器虽不易折断,但混铸青铜器具中脊部的青铜材料的含锡量毕竟很低,强度不够,而混铸青铜具锋、锐部的青铜材料的含锡量毕竟很高,韧性不好,所以混铸器具与比它更坚硬的物体碰打时很容易变钝。

混铸青铜器具与高碳钢器具相比硬度明显不够,同时又容易弯曲变形,所以混铸青铜器具的性能明显不如高碳钢器具。

但高碳钢器具的机械性能与百炼钢器具相比又有很大的差距。虽然高碳钢器具的硬度比百炼钢器具高,但百炼铜器具的硬度也相当理想,二者差距不明显。而高碳钢器具的含碳量高,又有较多的杂质和气泡,各部分的含碳量也不够均匀,所以高碳钢器具的韧性远不如百炼钢器具,如果高碳钢器具长时间受重击,最终会折断。同时还是由于高碳钢器有杂质和气泡、含碳不够均匀,因此没高碳钢器具没有百炼钢器具锋利。

从这两节的分析介绍可知;西汉王朝的冶金技术要远比罗马帝国发达,不但如此西汉王朝的金属加工技术也要比罗马帝国发达。在春秋,战国时期中国的工匠们就已经发明了铸件柔化技术、淬火技术和防锈铬化技术这三项划时代的冶金技术。

前两项技术都是冶金业中最基本的、最必需的技术。相关金属材料若没有经过这两种技术的处理,严格的讲就算不上合格的金属制品。铸件柔化技术是将含碳高、韧性差的铁件或青铜器再经过高温处理。经过此项技术处理的铁件或青铜器,其韧性将大幅改良。淬火技术是将高温状态下的金属材料放入水中或其他液体中,令其迅速冷却,使其形成某些特殊的原子结构或在器件形成一层特殊的合金外膜,经过淬火处理后的金属,其硬度将大幅提高!

2000多年前我国曾经掌握有令人叫绝的淬火技术,古中国的工匠们用某些特殊的化学溶液对金属器件进行反复淬火处理,最后器件的硬度可发生质的改变,达到令人不可思意的程度。古代那些削铁如泥的宝剑就是这样制造的,上一节讲百炼钢技术时所提到的对宝剑的特殊处理,就是指此项处理!在当代,日本、美国、德国等国的淬火技术堪称世界一流,但是世界公认;它们的淬火技术还赶不上2000多年前古中国的淬火技术!令人痛惜的是;因为封建官营手工作坊的封闭性和手工业者狭隘的行会意识,此项技术早已在中国失传了。

也许大家又会感到矛盾,既然此项技术早已在中国失传了,今天的我们是怎样凭空得知古中国曾掌握有此项技术的呢?这是对出土的春秋、战国时期中国制造的如越王勾践剑神兵利器的研究得知的、这些兵器的硬度远远超过了其金属材料应有的硬度!

但时隔几百年之后的罗马帝国却没有掌握铸件柔化技术和淬火技术技术————这两项基本的冶金技术。不但罗马帝国没有掌握这些技术,就连罗马帝国灭亡一千多年后,欧洲工匠都不知道金属器具制造完毕后需要放入水中淬火。

防锈铬化技术也是一项天才的发明,它能防止金属器具生锈腐蚀,因此某些春秋战国时代的青铜器虽深埋地下2000多年,可依然锋利如新。越王勾践剑深是春秋末期的作品,可是直到现在,用它轻轻一划,就能划破20层宣纸,其锋利程度直到21世纪的今天也令人叫绝!

而在上个世纪三、五十年代防锈铬化技术才分别被美国、德国等西方国家申请为专利,不可思议的是2400多年前中国铸造的传世神兵利器——吴王夫差矛、越王勾践剑就已经使用此项技术。可惜的是在中国此项技术也早已失传了。

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