百科：古代冶金三絕

金屬的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用對(duì)人類文明做出了重大的貢獻(xiàn)，古今中外的冶金史上都出現(xiàn)過(guò)不少名匠。遺憾的是他們?cè)S多精湛的技藝久已失傳，他們的作品至今仍使科學(xué)家們大惑不解。下面請(qǐng)看古代冶金的三絕。
　　
　　越王自作銅劍
　　中國(guó)古代的小說(shuō)中充滿對(duì)劍的渲染，首都劇壇上曾演出過(guò)《吳王金戈越王劍》?！霸矫耔T寶劍，出匣吐寒芒?！睋?jù)古書記載，越王勾踐請(qǐng)名劍師歐冶子為他鑄造了5把劍，名為湛盧、純鉤、勝邪、魚腸、巨闕，把把削鐵如泥，價(jià)值連城。
　　1965年在湖北江陵縣楚墓中出土了越王勾踐自用劍，使人們有幸重睹這一瑰寶。在國(guó)內(nèi)外引起很大轟動(dòng)。這把青銅古劍全長(zhǎng)55.7厘米，寬4.6厘米，柄長(zhǎng)8.4厘米。整個(gè)劍身并不是平滑的，而是遍布菱形花紋。劍格（柄和劍身連接處）兩面用藍(lán)色琉璃鑲嵌，劍身有8個(gè)錯(cuò)金篆體銘文：越王勾踐自作用劍。
　　這把世界上最古老的青銅寶劍距今已有2400多年，科學(xué)家鑒定后大吃一驚，原來(lái)這口劍不是由單一的錫青銅鑄成，而是成分不同的復(fù)合銅件。劍脊和劍刃含錫量分別為10%和20%左右，這樣一來(lái)就使脊部比一般青銅柔而堅(jiān)，具有足夠的韌性，保證在格斗中經(jīng)得起撞擊而不致折斷;刃部質(zhì)硬而挺，刃口鋒利，能洞穿鎧甲，其鋒不摧。在試驗(yàn)中，用手握劍輕輕一揮，竟把疊在一起的多層白紙截?cái)?，真可謂天長(zhǎng)地久，寶刀不老。
　　更有奇者，這把寶劍的成分中還含有少量的鋁和微量的鎳。在灰黑色的花紋和黑色的劍格中，還含有硫。這些選擇都符合現(xiàn)代冶金原理。現(xiàn)在，青銅已不再用于刀具，但是鋁青銅和鎳青銅卻是鑄造齒輪、蝸桿、軸套和閥門的重要材料。含錫量大于20%后，青銅就會(huì)變脆，塑性和韌性極度惡化，而古劍的鋒鍔正確地利用了這個(gè)極限量。
　　2000多年前的歐冶子如何在鑄造一把劍時(shí)調(diào)整各種元素的成分，最后達(dá)到天衣無(wú)縫，渾然一體，這無(wú)疑一個(gè)極大的謎，也是一絕。
　　奎塔勃鐵柱
　　在印度德里郊外有一個(gè)古老的鐵塔，名叫奎塔勃，它實(shí)際上就是一根巨大的神秘鐵柱，但聞名世界。據(jù)說(shuō)，這根鐵柱是公元四五世紀(jì)一位國(guó)王出征勝利的記功碑。鐵柱高7米多，底部直徑約半米，略帶錐度，到頂部縮至30厘米，柱冠直徑再次增大，仿佛托著一疊花餅。整個(gè)鐵柱估計(jì)重量為6噸。
　　鐵是一種易銹蝕的金屬，因此保留下來(lái)的古鐵器要比古青銅器少得多。這根古鐵柱放置在露天，經(jīng)歷了1500年的風(fēng)風(fēng)雨雨，奇怪的是至今絲毫沒(méi)有生銹，柱身上鐫刻的字跡、筆劃清晰如新。這一奇跡從20世紀(jì)初就引起了科學(xué)家的重視，他們?cè)噲D用現(xiàn)代科學(xué)原理來(lái)解釋這一現(xiàn)象。然而考證和分析導(dǎo)致了曠日持久的爭(zhēng)論，一直到20世紀(jì)末，英國(guó)、瑞典和日本的學(xué)者還在發(fā)表不同的見(jiàn)解。
　　從有關(guān)的資料看，奎塔勃鐵柱幾乎是鈍鐵，它是用一種古老的鍛造工藝制成的。首先，把鐵礦石直接放在巨大的木炭爐內(nèi)，用腳踏風(fēng)箱吹風(fēng)加熱，礦石并不熔化，而是得到疏松的海綿狀鐵塊，然后再用手工鍛打，擠出大部分渣子。巨大的鐵柱就是用這些鐵塊在木炭焰火加熱下鍛打焊合而成。這種鐵屬于高磷低硫鐵，并含有少量的銅。柱身上有一層棕黑色氧化膜，如果剝?nèi)パ趸?，顏色逐漸加深，數(shù)年以后與周圍氧化膜已無(wú)法區(qū)分。這就是鐵柱似銹非銹的秘密所在。一些學(xué)者認(rèn)為鐵柱的成分合理，與現(xiàn)代耐候鋼所含的元素大同小異。
　　另一些學(xué)者認(rèn)為，奎塔勃鐵柱至今不銹是因?yàn)樘幱谝环N特殊的環(huán)境之中。德里氣溫高而干燥，工業(yè)污染很少。大氣中沒(méi)有二氧化硫一類酸性氣體，鐵柱經(jīng)常受到教徒們的頂禮膜拜，鑒賞撫摩，加之人畜混雜，排放出大量氨氣，因此大氣中主要是堿性氣體，對(duì)鋼鐵具有保護(hù)作用。教徒們身上和手上的油脂抹在鐵柱之上也起到了防銹的作用……
　　渾厚沉著的鐵柱屹立千年，默默不語(yǔ)，究竟誰(shuí)能道出它真正的奧秘呢？
　　大馬士革寶刀
　　在13紀(jì)以前的200多年內(nèi)，強(qiáng)悍的阿拉伯鐵騎與東侵的十字軍多次激戰(zhàn)在沙漠里，那寒光閃閃的大馬士革寶刀曾使多少侵略者喪膽。據(jù)說(shuō)古敘利亞工匠制造的這種彎刀鋒利無(wú)比，把一根頭發(fā)吹到刀刃上，立刻被分割成兩段。遺憾的是寶刀尚能找到，但冶金和鍛造技術(shù)久已失傳。
　　許多年來(lái)，大馬士革刀蒙著一層神秘的色彩。鍛打刀劍的鐵餅產(chǎn)于印度，裝船運(yùn)至波斯，被敘利亞工匠鍛打成寶刀，而裝船運(yùn)至歐洲，再高明的工匠鍛打時(shí)，也是鋼花四濺，脆得無(wú)法成形。據(jù)說(shuō)敘利亞工匠之所以成功，是每次鍛打一把寶刀前要?dú)⒁恢浑u，把雞血溶到鋼中去……
　　20世紀(jì)70年代，美國(guó)斯坦福大學(xué)的兩位冶金師無(wú)意中揭開(kāi)了大馬士革寶刀的秘密。這兩位科學(xué)家都是研究金屬的超塑性的。利用金屬的超細(xì)晶粒組織獲得超塑性后，就能使難加工金屬如鈦合金和不銹鋼變得馴服。超塑性金屬軟如飴糖，伸長(zhǎng)幾十倍，吹塑成薄壁形狀也不會(huì)斷裂。
　　阻止金屬晶粒增大的辦法之一是在鐵中加入大量的碳，這樣就形成了高碳鋼。但是含碳量達(dá)1.5%時(shí)，又形成了大量脆性的滲碳體網(wǎng)狀組織，以致這樣的鋼根本無(wú)法加工?，F(xiàn)代高碳鋼的含碳量一般不許超過(guò)0.65%。
　　大馬士革鋼的制造者不知用一種什么方法，既保持了相當(dāng)高的含碳量，又避免了脆性，注入雞血當(dāng)然是無(wú)稽之談。美國(guó)的冶金師首先使超高碳鋼處于超塑性狀態(tài)，再用連續(xù)軋制方法把它加工成刀具，從而制成了新的大馬士革刀。
　　順便一提，超塑性鋼的最大用戶并非民用刀具，而是汽車、船舶和飛機(jī)制造業(yè)。
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