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冶金(古代冷兵器发展) 复合剑的创制 这种复合剑的制造技术很巧妙，剑的脊部和刃部是用含锡量不同的青铜，分两次铸成的。其方法是先铸造剑柄和剑脊，后铸造剑刃，再将剑刃同剑脊的榫部结合成剑体。经过考古部门用科学方法对这种剑进行测定，其脊部含锡量为10%，刃部含锡量为20%。含锡量低的脊部韧性较大，不易折断，利于长久使用。含锡量较高的刃部坚而利，便于刺杀。这种脊部坚韧、刃部锋利、刚柔相济的复合剑，是青铜兵器制造技术提高的重要标志。 木棒，石块 打制石器 磨制石器 青铜 钢铁 ↓ ↓ ↓ ↓ （新石器时代晚期） 马家窑青铜刀 目前中国最早的青铜刀 越王勾践剑的主要的成份是青铜和锡，还含有少量的铅、铁、镍和硫等，剑身的黑色菱形花纹是经过硫化处理的，剑刃精磨技艺水平可同现在精密磨床生产的产品相媲美，充分显示了当时越国铸剑工匠的高超的技艺。 商代铁刃铜钺（陨铁） 西周铜芯玉柄铁剑（人工冶铁） 江苏六合程桥春秋末叶楚墓出土的铁条 （白口生铁） 铸铁柔化术 战国铁锛（黑心可锻铸铁） 战国铁胄（白心可锻铸铁） 断面亮白色 有较好的耐冲击性 断面灰黑色 有较好的硬度和强度 白口生铁又硬又脆，虽然坚固耐磨，但不适于制造需要强度和韧性的工具在。我国劳动人民经过长期实践，又在春秋战国之际创造了铸铁柔化术，将白口生铁进行适当的退火处理，使碳化铁分解出石墨变成可锻铸铁。 钢 长沙杨家山春秋晚期钢剑 （现存最早的钢制品） 将含碳量接近熟铁的块炼铁，放在炭火中加热渗碳，并反复折叠锻打，挤出杂质，得到块炼渗碳钢。这是最原始的钢。有的选用优质块炼铁，配合定量的渗碳剂和催化剂，密封加热渗碳，练出优质的块炼钢。干将，莫邪，太阿等名剑就是用这种优质块炼钢制成的。 早期炼钢法 铸铁脱碳钢（西汉） 将生铁铸件进行退火脱碳，使其含碳量降低到钢的成分范围，而又不析出或很少析出石墨，从而变成钢件。（北京大葆台西汉燕王墓出吐得刀和簪，是运用这种工艺的最早实例） 炒钢（西汉） 将生铁加热熔化，成为液态或半液态，撒入矿石粉，并不断进行搅拌，使之脱碳成钢。 百炼钢（东汉） 但取精铁（高碳钢材）锻之百余火，每锻称之，一锻一轻，至累锻而斤两不减，则纯钢也，虽百炼不耗矣。 ——沈括《梦溪笔谈》 炉二炒钢 炉一炼生铁 灌钢法 中国生铁制钢技术自战国初期到汉代经过几百年的历程，从块炼铁、渗碳炼钢发展到生铁固体脱碳炼钢、炒钢、炼制熟铁，以及重新渗碳硬化或淬火硬化。在这个基础上，发明了利用液态生铁对熟铁进行扩散渗碳炼钢的方法。这一方法的最早记载见于《北齐书·綦母怀文传》，称为“宿铁”，后世称为灌钢，又称团钢。 后来灌钢法又不断发展，宋代将生铁片嵌在盘绕的熟铁条中间，用泥把炼钢炉密封后进行烧炼效果更好。 明代又改进为将生铁片盖在捆紧的若干熟铁薄片上，使生铁液可以均匀地渗入熟铁之中，用涂泥的草鞋遮盖住炉口，使生铁可以从空气中得到氧气而更易熔化，提高了冶炼效率。 明中期以后，灌钢法又进一步发展为苏钢法。以熟铁为料铁，置于炉中，而将生铁板置于炉口，生铁板开始熔化后用火钳夹住左右移动，并不断翻动料铁，使料铁均匀地淋到滴下的生铁液，既可以产生很好的渗碳作用，又可以产生剧烈的氧化作用，是铁和渣分离，生产出含渣少而成分均匀的钢材。 中国古代热处理 退火是一种金属热处理工艺，指的是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却。目的是降低硬度，改善切削加工性；消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。 渗碳这种工艺起源于战国后期所创造的渗碳钢。1968年河北满城出土的西汉刘胜(卒于公元前 113年)的佩剑，经分析，表面有明显的渗碳层，并经淬火，其硬度为HV900～1170，而中心低碳部分的硬度为HV220～300。表面硬度较高，锋利耐磨，而中心则有很好的韧性，不易折断。刘胜的错金书刀经过渗碳局部淬火后，刃部和刃背获得硬韧兼备的效果，可见当时刀、剑的热处理工艺已具有很高的水平。《天工开物》叙述了古代制针用的渗碳剂和固体渗碳工艺。明