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青铜器成份配比研究之青铜剑的合金配比_[#第一枪]

发布时间:2021-06-07 13:39:19 阅读: 来源:岩棉彩钢夹芯板厂家

秦俑坑出土的青铜剑,采用双合范铸造成型,剑身与茎为一次铸成,剑格单铸。剑身棱脊规整,组织细密,没有砂眼。还经过挫磨、抛光等细加工,剑身光亮平整,刃锋锐利。经测试,其光洁度在6~8花之间。

最引人注目的是,秦俑坑出土的十几柄青铜剑,在地下深埋2000多年,至今毫无锈迹,光洁如新。经测试分析,发现青铜剑的表面有一层致密的铬盐氧化层,厚 10~15微米。这种用铬酸盐处理器表,以增强青铜或其他有色金属的防腐抗锈能力的先进工艺,德国于1937年、美国于1950年才发明,并列为专利。而中国早在2000多年前的秦代就已创造了类似的工艺,并首先在青铜兵器上取得成功。

这是世界冶金史上的奇迹。关于在兵器上镀铬的具体工艺和方法,今天我们已无法确知。 青铜剑的合金成分,经分析、检验,其中含铜73~76%,锡18~21%,铅0.17~2.18%,还有其它一些微量稀有金属元素。《考工记》中对刀剑铜锡配比的要求是“叁分其金而锡居一”。剑的铜锡之比为3.4:1~4:1,与《考工记》记载基本相符。按这样的比例制成的刀剑,既有一定的硬度,又具有韧性,不易折断。因为青铜中含锡量的不同而对铸件硬度有直接影响,而秦俑坑出土的青铜剑锡含量高达18~21%。经测定,硬度为HRbl06度,约相当于中碳钢调质后的硬度,保证了它坚硬锐利的战斗效能。 秦俑坑出土的铜镞,系首与铤分铸,即先把铤作成预制件,浇铸镞首时再把挺接铸在一起。铤铸后再没有作进一步的挫磨加工,合范缝处的毛茬依然清晰可见。铤首的加工工艺则较精细,表面经过挫磨和抛光,显得光滑平整。经测试,加工面的光洁度为6~8花。特别是铤表面和青铜剑一样,也经过了铬盐氧化处理。

对于青铜镞的三个棱脊,经测试,所得最小差值为0.02毫米,长度几乎完全相同,三个面的轮廓误差不大于0.15毫米。镞头锋刃采用流线型三维空间曲线,放大24 倍后与现代生产的手枪弹头轮廓线竟奇迹般的重合。体现了秦代兵器生产型号、式样已规范化、系列化、标准化。显示了制作尺寸的精确,工艺水平的高超。 由于镞的形体较小,且需要量大,发射出去后即耗损不再回收。所以,从商代起,关于青铜镞的铸造,就在一范一器的基础上发展为一范多器,以提高生产效率。因此,秦始皇时代青铜镞的铸造也应是应用双面多腔范浇注成型,一次浇注,就可以铸出若干枚箭镞。另外,青铜镞的合金成分,检测结果是含铜 78.88~88%,锡11.10~17%,铅3~7.71%。

《考工记》中对矢镞铜锡配比原则是“五分其金而锡居二”。实测铜镞铜锡比例为5.6:1,较《考工记》的记载相差较大。但铜镞中除含锡外还含有铅,铅和锡一样,具有降低熔点、提高铸件硬度、改善铸造性能的作用。说明当时人们已经在长期的青铜冶铸实践中,较深刻地认识了合金成分、性能和用途之间的关系。可根据各种不同兵器的不同用途,而加以不同的合金配比。 铜戈、铜矛、铜铍等长兵器,采用双合范法铸造,其中矛骹和中空的矛体部分还利用了范芯。这三种兵器表面加工也很精细,光洁度与青铜剑相似。值得注意的是,铜铍两面有自然分布的不规则天然花纹。这些花纹既非铸成,又非刻划,花纹可视而不可触,和器表金相组织融为一体。这种隐现花纹形成的工艺方法也成为秦俑谜团之一。

有人推测它与越王剑、吴王矛一样,可能采用硫化法处理。但越王剑、吴王矛的花纹比较规则,与秦俑铜铍不规则的花纹有别,在工艺上当有所不同。随着科技的进步和研究的深入,相信这一谜底终有一天会被揭开。 对于戈、矛、戟的合金成分,经分析测试,矛含铜79.42%,铅0.75%,余量为锡。其铜锡比为4:1,与《考工记》“四分其金而锡居一,谓之戈戟之齐”的记载基本相符。因戈、矛为刺兵,所以含锡量较高,布氏硬度在100以上。只有合金比例配比合适,才能达到刃锋锐利的良好性能。

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