古代锻造刀剑的步骤
步骤为:1.制范 2.调剂 3.熔炼 4. 浇铸 5. 铸后加工
其中,详细步骤为:
制范
即制作供浇铸用的型范。剑范多用泥塑造,然后放入窑中经火烘干,再加修整,质地似陶,故称泥范或陶范。制范以铜剑的器形设计为依据,而铜剑器形是否能够达到设计要求,规整而谐调、匀称而美观,则决定于制范是否精细。制范还要为以后的装饰打下基础,如剑体上铸出的花纹和名文,都必须预先在剑范的内壁上刻镂出阴阳相反的纹路。实际上,铜剑装饰的第一步是范型上进行的。
调剂
铸剑的材料是青铜,青铜是铜和锡或铜和锡、铅的合金。剂即剂量,指青铜合金中各成分的比例,古时写作“齐”。熔炼青铜之前,须根据合理的配比规律,对铜、锡或铜、锡、铅等原料进行调配,称作调剂。这是决定铜剑性能的关键环节。在一定范围内,青铜中含锡量提高,能够相应提高合金的硬度和强度;但含锡量超过合量的界限,就会使青铜合金变得非常脆弱,易于断折。在青铜合金中加入少量的铅,可调节金属的铸造和加工性能,但铅含量过高,也会降低合金的硬度和强度。因此,只有按照合理的比例对各成分进行调配,才能得到适于充作剑材的既坚且韧的青铜。
熔炼
原料调配停当后,将之装入坩锅炼。熔炼的目的是将铜、锡、铅等原料熔液体,同时也进一步去除原料中含有的杂质,如附着于原料上的木炭,以及原料中含有的氧化物、硫化物和铁等其他金属元素,使合金精纯。
浇铸
将熔炼成熟的青铜液体浇灌入剑范,俟其冷却、凝固,铜剑就成形了。
铸后加工
范铸出来的铜剑仅是一个坯件,表面精糙,故卸去铸范后,还须进行如下的修治加工:
——刮削琢磨,使其表面平整光滑;
——装饰,如在铸成的花纹沟槽中镶嵌琉璃、绿松石,或嵌错红铜丝、金丝、银丝,甚至进一步在器表刻镂花纹。嵌错是当时很常见的装饰工艺,它是在铜器表面铸出或刻镂出花纹,再嵌以金、银、铜丝(或片),用错石将表面磨光,即显出色彩鲜明、线条清晰的生动形象;
——装置附件,配齐剑具;
——砥砺开刃。
这样,铜剑的制作就最终完成了。但在使用过程中,剑器还要时常修治砥砺,故当时可能有一类工匠专门从事这项工作。汉代称这类工匠为“削厉(砺)工”,其技艺又称“洒削”之技。削砺就是刮削砥砺的意思;洒削,指磨刀以水洒之,泛指修治刀剑。
用块炼铁透碳钢制造的刀,虽然比较锋利,但仍然达不到能够“斩金断玉,削铁如泥”的程度。因为这种钢的质量还不够好,炼这种钢碳渗进的多少,分布的是否均匀,杂质除掉的程度,都非常难掌握,而且生产效率极低。为了提高钢的质量,中国古代工匠从西汉中期起发明了“百炼钢”的新工艺。
所谓“百炼钢”,就是将块炼铁反复加热折叠锻打,使钢的组织致密、成份均匀,杂质减少,从而提高钢的质量。用百炼钢制成的刀剑质量很高。1974年,山东省临沂地区苍山汉墓中,出土了一把东汉永初六年(公元112年)制造的钢刀,全长111.5厘米,刀背有错金铭文:“永初六年五月丙午造卅湅大刀吉羊宜子孙”。“湅”,即是炼的意思。这是迄今为止发掘出的最早的百炼钢类型的产品。科学检验表明,这把钢刀含碳量比较均匀,刃部经过淬水,所含杂质与现代熟铁相似。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”。炼字前面这些具体数字的特定含义,研究者一般认为是指加热的次数,即炼了多少火。北宋著名科学家沈括在《梦溪笔谈》里叙述磁州百炼钢的过程,就是连续烧锻百余次,至斤两不减为止。曹操曾命有司造“百辟刀”五把,在《内诫令》中称它们为“百炼利器”。孙权有三口宝刀,其中一口名“百炼”。蒲元为刘备造的宝刀,上刻“七十二炼”。由此可见,在三国时期,百炼钢已经相当普遍了。 百炼钢的需要越来越大,由于它的原料块炼铁的生产效率很低,冶炼出来以后必须经过“冷化”,才能得到,所以,百炼钢的发展受到限制。为了突破这种限制,中国古代工匠又发明了一种新的生铁炼钢技术——炒钢。
炒钢,就是把生铁加热到熔化或基本熔化之后,在熔炉中加以搅拌,借空气中的氧把生铁中所含的碳化掉,从而得到钢。这种炼钢新工艺,可以在东汉末年的史籍中找到间接的描述。《太平经》卷七十二中记载:“使工师击冶石,求其铁烧冶之,使成水,乃后使良工万锻之,乃成莫邪(古代的利剑)耶。”这段话虽然没有明确提出炒钢二字,却把炒钢工艺包含进去了。因为把铁矿炼成液体,当然只能是生铁水,而在“乃后万锻”之前一定要炒成钢或熟铁才行(实际上熟铁就是含碳极低的炒钢),否则生铁是不能锻的,更甭说“万锻”了。这是一个从铁矿石炼成生铁水,再炒出钢,最后锻造成优质兵器的全过程。炒钢的发明,是炼钢史上的一次技术革命。在欧洲,炒钢始于18世纪的英国,比中国要晚1600多年。
在三国时期,炒钢还是一种新技术,大多数的冶铁匠还没有掌握它。从《诸葛亮别传》关于蒲元在斜谷口为诸葛亮铸刀,“镕金造器,特异常法,的记载中,我们可以判断:蒲元这次铸刀使用的一定是炒钢技术。另外,要想锻制出能够“斩金断玉,削铁如泥”的“神刀”,最后一道工序淬火也至关重要。所谓“淬火”’,就是先把打好的钢刀放在炉火上烧红,然后立刻放入冷水中适当蘸浸,让它骤然冷却。这样反复几次,钢刀就会变得坚韧而富有弹性了。淬火工序看起来容易,但操作起来极难掌握得恰到好处,烧热的火候、冷却的程度、水质的优劣,都有很大关系。淬火淬得不够,则刀锋不硬,容易卷刃;淬火淬过头,刀锋会变脆,容易折断;淬火淬得合适,非有极其丰富的经验不可。据《诸葛亮别传》上讲,蒲元对淬火用的水质很有研究。他认为“蜀江爽烈”,适宜于淬刀,而“汉水钝弱”,不能用来淬力,涪水也不可用。他在斜谷口为诸葛亮造刀,专门派士兵到成都去取江水。由于山路崎岖,坎坷难行,所取的江水打翻了一大半,士兵们就掺入了一些活水。水运到以后,当即就被蒲元识破了,“于是咸其惊服,称为神妙。”在1700年前,蒲元就发现了水质的优劣会影响淬火的效果,这实在是了不起的成就。而在欧洲,到近代才开始研究这个问题。