其实如果说单纯从冶金的角度说,所谓青铜西来,冶铁西来确实非常之可笑,因为人类的冶金历史和冶炼的原理,金属的发现具备随机性和普遍性。那么必然是多源性的。
古人类利用石器的时期便发现的石头的种类不同,有些可以制作出锋利的石器,有些则不行。
制作锋利石器的石头,大多数来自于石英和砂岩,水晶等等,还有用饶骨和其它动物腿骨打制成的骨刀,锋刃都很锐利。这也是人类第一次有了对矿石进行分类利用的概念。
而发现金属完全源自于自然条件和制作陶器。首先,雷电引发的山火,形成了最初的冶炼环境,而这个环境中,如果这个地区恰恰存在地表矿藏,比如说铜,锡矿等等。
那么在山火的高温下,就会出现烧结现象,土壤或者含金属的碎石中的金属成分便会和在炼炉中一样,自动聚拢在一起,从而形成自然金属,比如说自然铜,锡之类的。
那么这些金属被发现,人类也就获得了自然形成的金属,当然,这些只是熔炼温度较低的金属。
熔炼温度高一些的自然金属,一般会在火山活动,地震等能产生高温高压的环境中形成。很显然,这些情况不可能就在一个地方发生,而是具备了普遍性,在全球范围内发生。那么单一发源仅仅在这上边就显得非常的可笑了。
而最初的人类制作陶器的时候,以粘土烧制陶器,但在陶器的烧制过程中,使用的粘土如果含矿量较大,那么自然也会出现烧结现象。而铜,锡也就是这样被发现和熔炼出来的。
当然,如果各位不太相信,可以到野外自己找一些风化的铜矿粘土,或者矿石自己回家只要用树枝点一堆火,把这些东西扔进去烧结。然后用水熄灭火,最后必然得到烧结的小块铜。
然后自己随便弄个坩埚用加压的煤气喷枪就可以熔炼出铜,当然,这是含杂质的铜,要想得到纯铜,那只能电解。
所以说充其量,也就是那一个地区的含铜量的风化土壤比较多,含铜量较高,哪些地区相对的含铜的土壤较少。以及发现时间有先后的问题,根本不存在什么传播。
基本人类最早的文明,在冶炼上来说,基本都是自源性的,比如说中国的铜最大的产地有七个,云南,江西,甘肃,东北,安徽,湖北和山西。
而中国青铜冶炼最活跃的地区的考古发现都是来自与这些地区,这个看看前文的那些考古发现就知道了。
如果说,青铜器是自西向东传入的情况下,那么作为模仿,中国的早期青铜器应该带有明显的西亚,中亚的特色。或者最起码有一些考古发现能有一些来自西亚,中亚的青铜器。
然而不管是文献也好,野史也罢,出土的文物也罢,都没有相关的任何记载,在这种情况下,就把一个文明的一种冶炼技术剥离,这似乎是太那啥了吧?
其实准确说,在中国冶炼历史上,工匠的智慧是无穷无尽的,不仅仅是炼铜,冶铁也是一样,块炼法,炒生铁粉的练法,固态还原法,渗碳取得生铁水在反应成熟铁的方法。这都是雷云亲眼所见。
当然,欧冶子是目前已知最早的采用块炼法的冶炼技术和百炼钢的锻造方法的人,所谓百炼钢,后来百炼钢的品种繁多,见于记载的有:五炼、九炼、卅炼、五十炼、七十二炼及百炼。
当然所谓百炼钢其实是结合了炼钢和锻造为一身的一种方法,没办法,因为不能依靠单纯的冶炼获得想要的钢材材质。
那就只能把冶炼和锻造结合,在反复加热锻打、千锤百炼中获得钢,而得到钢的同时,也获得了兵器。所谓百炼钢,也可以称为百锻法。
难道中国除了百炼钢和百锻法就没有别的了吗?当然不是,首先最早的青铜器并非锻造,而是铸造,最先发展的便是泥范铸造法,熔模铸造法,生铁翻砂铸造。
泥范铸造法就是用泥土按照器物原型雕刻成泥模,作为阳模。烤干硬化之后,在以泥拓印出阴模,然后将阴模修整,合并,在烤干硬化,然后将融化的青铜溶液沿浇注孔注入,浇铸青铜器。
这种方法起源于夏初九鼎便是这种方法铸造,后来有演化出了分铸法和叠铸法,分铸法就是把铸造的器物分开铸造,然后熔焊在一起,普遍用于异形器物的生产,比说园鼎、壶等等。
叠铸法是把许多个范块或成对范片叠合装配,由一个共用的浇道进行浇注,一次得到几十甚至上百个铸件。这种方法普遍用于批量生产青铜剑,箭头,铸钱等等。
熔模铸造法也叫失蜡法铸造,最迟起源于春秋时期,用的主要是野生的蜂蜡,这个不多说了,大家都知道。
同样的,春秋中晚期生铁的翻砂铸造也开始,并且在战国早期得到了大规模的运用。至于炼钢技术,自秦汉开始,不断的延续出新的方法。炒钢法,灌钢法,滴钢法,转炉炼钢法。
所谓炒钢法,是在战国时期生铁冶铸技术的基础上发展起来的一种炼钢技术。基本原理是利用铁渗碳以后熔点降低,进而取得生铁水。
再将生铁水加入铁粉,同时不断搅拌,利用铁矿粉和空气中的氧去掉生铁中的一部分碳,使生铁中的碳含量降低,去渣,直接获得钢,这就是炒钢技术。
其实这项技术的发展将炼钢技术推进了很大一步,它的诞生使优质的熟铁或钢价格相对低廉,满足生产和战争的需要。
炒钢法的出现促进百炼钢技术的发展,人们以炒钢为原料,经过反复加热、折叠、锻打成质量很好的钢件。随后兵器的发展出现的重大进步。
但是炒钢法和百炼钢技术还存在一定缺陷,比如说炒钢工艺复杂,不容易掌握,百炼钢费工费时。不易于批量加工生产。
灌钢法是先把生铁和熟铁按一定比例配合,共同加热至生铁熔化而渗入熟铁中去,熟铁由于生铁浸入而增碳。只要配好生铁和熟铁的比例,就能比较准确地控制钢中含碳量,再经过反复锻打,使组织均匀和挤出夹杂物,就可以得到质地均匀的钢材。
滴钢炼钢法,就是人拿着大火钳夹住铁块伸到炼钢炉中烧同时炼钢人还要不断的转动铁钳,铁块上的铁不断受到高温的烧炼最后变成液体滴到炉中成为钢材,这种方法简单易行,是明清时期的主要的炼钢法。但它的致命弱点是效率太低,而且炼出的钢质量不高。
转炉炼钢法,就是将炼钢炉吊在火炉中,上面由机关控制着炉体不断的旋转,下面炉中的铁水均匀受热,而旁边鼓风机不停的吹着炉体使它不至于由于炉温过高而烧毁,这样反复煅烧多时整炉的钢就炼成了。
另外,最值得一提的是汉代曾经出现过一种麻钢,这种麻钢的生产是战国时代产生的技术,前文说过,通过块炼法先取得铁,然后通过急速升温让铁的含碳量增加逐渐溶解成生铁水。然后铸造成各种形状之后拿去闷烧。
这就是最早的脱碳制钢技术,他的基本原理是以生铁为原料,适当控制温度时间,想办法让生铁里的碳被氧化成气体脱掉,让铸铁的金属组织就全部从铁变成了钢。
但此时所炼的钢上保留有缩孔,气眼这些脱碳之后的特征,所以被称为麻钢。这种钢材由表及里有控制的适当好的脱碳,钢中夹杂物很少,比同一时代的乌兹钢也是只好不坏。
但是这样的钢闷烧需要的时间太长,动则需要几十天的时间随意耗费是非常巨大的。其实不仅仅是冶炼,锻造方面,咱们在热处理方面也是一直处于绝对领先的地位。
早在春秋时代,咱们就利用退火技术进行生铁的柔化,产生了带有一定韧性的铸铁。同样的,也发现了固体生铁的脱碳技术。
对淬火,淬硬,回火都已经形成了完善的热处理相关体系,而欧洲最早的也是在公元六世纪才掌握了百炼钢技术,至于其他的技术他们基本都是十七世纪,十八世纪才掌握。
在热处理淬火的方面,棠溪水淬火,双液淬火,以及各种各样的淬火记载,在中国的冶炼史上太多太多了。
这里咱们抛开棠溪剑,棠溪水淬火不说。比如说北齐时代,史料记:载浴以五牲之溺,淬于五牲之脂。
这其实就是最早的双液淬火的记载,就是说分别用牲畜尿和牲脂淬火。尿含有盐分,淬火时比水冷却得快,淬火後刀刃钢质坚硬锐利,用动物脂淬火冷却慢,因此刀背钢质柔韧,可以抵销刃口受到的冲击,以免折断。
其实用牲畜的尿液淬火是因为牲畜尿中含有盐分,让材料冷却速度快,淬火后的钢较用水淬者更坚硬的这个说法手不太准确的,但是鉴于当时的认知,这已经不错了。
这里用尿液淬火,准确说叫做盐浴渗氮,是表面热处理的方法,渗层薄而耐磨,是用于精密刀具及量具,如铣刀、铰刀、钻头等等这些高硬度,高强度合金表面处理的必须工序。
而用畜脂淬火较水慢,淬火后的钢较用水淬过者韧。这个描述基本没什么问题了,但其原理是水淬冷却快、产生内应力大,变形、开裂倾向大,一般用于淬透性差的碳钢。油淬冷却效温和,一般用于淬透性较好的合金钢材。
蒲元别传记载说蒲元在斜谷为诸葛亮制刀,由于汉水纯弱,不任淬,派专人到成都取江水,取来的水杂有八升涪水的水,被蒲元发觉。
这个传说虽有些夸大,但起码说明当时工匠已经充分注意了水质对淬火后钢质的影响。晋太康地理记也说:汝南西平有龙泉水,可以淬刀剑,特坚利。
这起码说明,咱们的淬火等热处理工艺,在认识,理解等各个方面已经是同一时代的其他文明难以望其项背的了。
当然,还有冶炼配套的鼓风技术,为了提高炉温,缩短冶炼时间,咱们很早就采用了向冶炼炉鼓风的技术。
最早的鼓风工具叫橐,即用皮革制成的皮囊,也就是雷云现在使用的这种。用橐鼓风,就是通过拉压的反复动作,使其一张一合,把风鼓入炉中。
战国时,发展成多橐排在一起向炉里鼓风,称为排橐,或简称为排。利用排橐鼓风,能增大进风量,加强燃烧火力,比单橐鼓风进步得多,但它需要大量人力。
用人力鼓风,称为人排。接着又出现了用畜力作为鼓风动力的马排,这在当时来说,已经是半机械化的生产方式了。
但这个时期使用的是煤,当时人们还不知道把没制成焦炭,煤的燃烧过程比较长,且升温慢,所以开始炼钢的阶段需要将煤和木炭混合,木炭燃尽之后,煤的热值才能上来,但这会造成人力畜力的大量耗费,对进一步提升产量是比较严重的制约的。
汉武帝时期,铁业官营,相继出现了一批规模较大的冶炼炉,它们需要提供相当大的风量和风压,这就要求匠人们改进已有的鼓风装置。
经过不断的改进,到了东汉时期,南阳太守杜诗在前人经验的基础上,设计并制造了以水力为动力的一套冶铁鼓风机具水排。
三国时期的韩暨在杜诗的基础上,将水排进一步推广到了魏国官营冶炼作坊中,用水排代替过去的马排、人排,四季不歇。