古代锻造技术：从锤子到剑 
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锻造是人类最古老的工艺之一。几千年来，人们不断完善金属加工技术，将简单的金块打造成复杂而优雅的产品，改变了历史的进程。
金属加工技术的发展与人类文明的演进息息相关，体现了从原始石器到复杂金属结构和武器的技术进步。考古发现使我们能够追溯从最初的金属器物到高度发达的武器和工具生产技术的漫长历程。
金属加工的起源
金属加工的最早证据可以追溯到远古时代。考古发现表明，最早的金属加工实验始于公元前8700年左右，地点是如今的伊拉克，当时人们发现了一个铜吊坠。然而，早在冶金术出现之前，人们就已经认识并使用自然界中以纯净形式存在的金属。
黄金可以说是人类最早开始加工的金属。它的特殊性质 — — 易锻造和可塑性 — — 使得人们无需复杂的技术，只需用石锤和表面作为砧座即可进行加工。天然金无需冶炼，它本身就处于可加工状态。
最早被加工的金属还包括自然铜、银和陨铁。这些金属非常稀有，因此用它们制成的物品最初主要用作装饰品，象征着主人的高贵地位。考古学家发现的最古老的金器大约可以追溯到8000年前。
早期原生金属
人类最早使用的金属是在自然界中以相对纯净的形式存在的 — — 这些被称为天然金属。其中，金、银、铜和陨铁占据着特殊的地位。
黄金最初以小块的形式存在于河流沉积物中。其鲜艳的色泽和光泽吸引了古人的注意。由于质地柔软，黄金易于加工，无需加热，也无需使用复杂的工具。
铜也存在于自然界中，尽管其存在频率不如金。世界许多地区都发现了铜矿，包括中东、北非、欧洲和美洲。最古老的铜器可以追溯到公元前8700年左右。
陨铁是古代文明中一种稀有而珍贵的材料。它随陨石来到地球，含有大量的镍，使其比普通铁更坚硬、更耐用。陨铁器物的发现通常与仪式和庆典相关，这表明这种金属在古代社会中具有特殊的地位。
第一种加工技术
最早的金属加工技术虽然原始，但却十分有效。这些技术包括冷锻、切削、研磨和抛光。这些技术将天然金属制成珠宝、简单的工具和仪式用品。
冷锻需要反复敲击金属，使其形成所需的形状。然而，冷锻会使金属变得更硬更脆，这一过程被称为加工硬化。为了继续加工，必须加热金属，恢复其延展性。例如，在公元前4000-5000年左右，密歇根湖地区的铜加工就采用了这种先冷锻后加热的循环。
随着科技的发展，人们掌握了热锻技术 — — 对加热后的金属进行加工，使其更具延展性。这种方法需要制造能够达到高温的特殊熔炉或锻造炉，并使用用于处理热金属的防护装置。
重要的一步是发现了一种利用火还原矿石中金属的工艺，这种技术被称为冶炼。这一工艺大大增加了金属的可利用性，尤其是铜、锡和铅，这些金属的纯净形式很少见，但存在于各种矿物中。
铜器时代和青铜时代
从石器到金属工具的转变是人类历史上的一场革命性变革。铜是第一种被广泛用于制造工具和武器的金属。然而，纯铜有一个明显的缺点 — — 它太软，而且很快就会变钝。
真正的突破是青铜的发现，它是铜和锡的合金，机械性能更佳。青铜更坚硬、更坚固、更锋利，是制造武器、工具和其他装备的理想材料。
青铜成为制造工具和武器的主要材料的时期被称为青铜时代。它始于公元前3300至3000年的中东和东南欧，一直持续到公元前1200至1000年左右铁器技术的出现。
铜加工技术
铜是人类学会系统地大规模开采和加工的第一种金属。这一过程始于从矿山或露天矿场开采铜矿石。矿石被粉碎后放入熔炉进行冶炼。
冶炼铜需要大约1090摄氏度（2000华氏度）的温度。在此温度下，铜熔化并与周围的岩石分离。如果矿石中存在其他熔点较低的金属，则会先进行冶炼，以便古代冶金学家能够分离各种金属，并确定其性质和用途。
铜冶炼后，经过提纯，制成锭或坯料，以便进一步加工。这种金属可以冷锻，但必须加热才能使其发生严重变形。青铜时代的铁匠学会了使用各种塑形技术来加工铜，包括锤击、铸造和捶打。
铜器种类繁多：从简单的珠宝和针，到斧头、凿子等各种工具。然而，由于铜质较软，它们很容易磨损，需要经常磨砺或更换。
青铜的发现及其特性
冶金学最重要的发现之一是铜和锡的合金 — — 青铜的发明。这发生在公元前4500年左右。青铜比纯铜有许多优势：它更坚硬、更坚固，并且在机械作用下更能保持形状。
青铜的生产过程需要精确的成分比例。青铜中锡的最佳含量约为10-12%。例如，中国青铜剑的锡含量高达20%，制品的硬度更高，但也更易碎。
青铜的生产始于分别冶炼铜和锡。然后将两种金属按一定比例放入坩埚（一种由耐火材料制成的特殊容器）中混合。坩埚被放置在熔炉中，熔炉内的温度保持足以熔化两种金属。
熔化后，搅拌合金块使成分均匀分布，然后再次加热。合金准备好后，将其倒入模具中，这一过程称为铸造。模具可以用石头、粘土或沙子制成，以便制作出复杂程度各异、细节丰富的物品。
青铜时代的工具和文物
青铜时代出现了各种各样的工具和产品，从家居用品到武器，不一而足。其中最常见的有：
- 兵器：剑、匕首、矛头、斧头。青铜剑最早出现于公元前17世纪的黑海和爱琴海地区。
- 工具：斧头、凿子、锯子、针、锥子。
- 家居用品：锅炉、碗、镜子、剃须刀。
- 珠宝：手镯、戒指、胸针（古代扣环）、项链。
- 礼器：俑、祭刀、礼器。
青铜铸造技术使得制作复杂的器物成为可能，而这些器物在当时用石头或木头制作时，往往难以实现。因此，青铜时代的文物往往以其高超的艺术水平和精细的工艺而著称。
在中国发现的越王勾践剑以其坚固耐用而闻名。这把剑可追溯到春秋时期（公元前771-476年），尽管被埋藏了2000多年，却依然锋利无比，丝毫没有腐蚀的痕迹。
铁冶金学的发展
从青铜到铁的转变是人类历史上最重要的技术变革之一。铁比青铜更坚固，也更容易获得，这导致了生活的许多方面，尤其是农业和战争的革命性变化。
铁器时代在世界各地开始的时间不同。在中东和小亚细亚，铁器时代开始于公元前1200-1000年左右。在欧洲，这一进程开始得较晚，大约在公元前800-600年左右；而在非洲、亚洲和美洲的部分地区，铁器时代到来得更晚。
生产铁的技术比冶炼铜或青铜的技术更为复杂。铁的熔点较高（1538°C），这在早期的熔炉中难以达到。因此，最初获得的铁并非液态金属，而是海绵状的固体物质，需要通过锻造来去除炉渣并使金属致密。
铁器时代的出现
虽然早在青铜时代就能发现铁器加工的痕迹，但这种金属的广泛使用却要晚得多。以锻铁为基础的铁匠工艺可能起源于公元前1500年左右的叙利亚。据信，这种工艺最早是由欧洲的赫梯人发展起来的。赫梯人是一个古老的安纳托利亚民族，他们在如今的土耳其和叙利亚地区建立了一个帝国。
印度的炼铁技术始于公元前1800年左右。古罗马人认为印度是炼铁技术发达的国家，远远领先于欧洲。在撒哈拉以南的非洲，炼钢技术大约从公元前1400年开始发展，当地工匠建造的熔炉温度甚至超过了欧洲工业革命时期的熔炉温度。
最初，铁制品并不比青铜制品有明显的优势。大约过了500年，铁制武器才逐渐取代青铜武器。早期的铁制品通常是农具 — — 镰刀、斧头以及钉子等紧固件。
高炉技术
古代炼铁的主要方法是所谓的“块铁法”，在特殊的高炉 — — 高炉中进行。高炉是一种竖炉，由耐火材料 — — 泥土、粘土或石头 — — 制成。
高炉底部有一个或多个管道（风口），空气通过这些管道进入高炉 — — 要么自然进入，要么借助风箱或其他泵送装置进入。高炉底部可能有一个开口，用于取出成品 — — 钢坯。
使用高炉之前，需要准备煤和铁矿石。煤几乎由纯碳组成，既能提供冶炼过程所需的高温，又能提供燃烧时还原金属氧化物所需的一氧化碳。
矿石被粉碎成小块，通常放在火中焙烧，使其更脆，并去除一些杂质和水分。矿石的颗粒大小取决于其类型和炉子的设计。
奶酪制作过程
高炉炼铁的工序，又称“块炼铁法”，是一项相当耗费人力且需要一定技能的工序。首先，将木炭和铁矿石装入高炉。然后点燃煤，并用风箱泵入空气来提高炉温。
与现代高炉不同，古代高炉无法达到铁的熔点（1538°C）。相反，在约1200°C的温度下，铁从矿石氧化物中还原出来。铁并没有熔化，而是形成了与炉渣混合的海绵状物质 — — 所谓的“钢坯”。
大炼铁炉是由金属和炉渣组成的多孔物质，从熔炉中取出后，经过反复锻造，以去除炉渣并使金属致密。这个过程在物理上非常困难，需要付出相当大的努力。反复锻造和加热大炼铁炉，可以生产出大炼铁，这种材料可以用来制造各种产品。
用这种方法获得的铁含有不同量的碳。碳含量较低（低于0.2%）的熟铁质地较软；碳含量中等（0.3-0.7%）的熟铁质地较硬；碳含量较高（超过2%）的熟铁质地较脆，主要用于铸造。
古代铁匠工具的演变
锤子
锤子是铁匠工具中最基本、最古老的工具。锤子的演变远早于冶金术的出现。最初的锤子是握在手中的圆形石头。渐渐地，这些原始工具的形状发生了变化 — — 出现了中间带有凹槽、便于抓握的石头。
下一个重要步骤是将石头固定在手柄上。起初，他们使用一根柔韧的柳条，后来他们开始在石头上钻孔，以便牢固地固定木柄。这种设计大大提高了工作效率。
随着冶金术的出现，锤子本身也开始由金属制成。它们根据重量分为两类：用于精密加工的手锤，重量不超过1公斤；用于粗加工的大锤，重量超过1公斤。金属锤通常焊接钢头以增加强度。
18世纪末，以水轮为动力的机械锤开始应用于铁匠工作，后来又出现了蒸汽和液压装置，大大减轻了铁匠繁重的体力劳动，拓展了金属加工的可能性。
铁砧和辅助工具
铁砧在锻造物品时起到稳固支撑的作用。11世纪的古俄罗斯文献经常提及这种工具。考古发现表明，铁砧主要分为两种类型：矩形和带有矩形工作台的铁砧。它们是巨大的金属支架，重量超过8公斤。
除了锤子和铁砧外，铁匠的工具还包括：
- 用于夹持热金属的各种形状和尺寸的钳子
- 用于切割金属的凿子
- 冲孔针
- 钉枪
- 用于成型产品的压接工具
- 用于处理曲面的底切和垫片
- 用于创建重复元素的印章
- 整理文件
从事复杂工作的专业铁匠拥有更广泛的工具，包括用于磨刀的虎钳和磨石。
熔炉和鼓风机
锻炉是锻造工坊的基础，它是由石头或粘土制成的火盆。锻炉内设有凹槽，用于放置煤炭和加热的金属。为了增强燃烧并达到高温（焊铁时温度高达1400-1460°C），人们使用了鼓风机。
几个世纪以来，锻炉的设计一直相对简单。将考古发现与人种学数据进行比较表明，即使在19世纪，一些铁匠使用的锻炉在结构上也与古代的锻炉并无二致。
风箱在输送空气方面发挥着重要作用。铁匠按下杠杆，通过防火喷嘴（一种用粘土和沙子混合制成的特殊管子）将空气送入煤炭。这些喷嘴很快就会烧坏，需要经常更换。
熔炉的燃料通常是木炭，这确保了稳定的燃烧和高温，并且没有可能损坏金属的外来杂质。
金属加工技术
古代锻造金属
锻造是最古老的金属加工方法，据各种资料记载，其历史可追溯至6至9千年前。考古学研究证实，早在公元前4至3千年，伊朗、美索不达米亚和埃及就已使用冷锻和热锻。
最早的手工锻造物品主要是为了抵御敌人和掠食者的保护，以及作为装饰品。欧洲、亚洲和非洲的古代工匠会锻造生铁、铜、银和金。
锻造作为一种金属加工技术，在10至13世纪尤为发达。当时，工匠们已经学会了锻造耐用的多层剑和斧头，以及各种家居用品、工具和工艺器具。
主要锻造工序包括：
- 模具压接 — — 金属颗粒的压实和焊接，炉渣的去除
- 拉伸 — — 通过减小横截面积来增加工件的长度
- 镦粗是工件高度的减小，同时横截面积的增加。
- 冲孔 - 形成孔
- 弯曲 — — 使工件呈现弯曲形状
- 切割 — — 将金属分成几部分
- 焊接 — — 将几块金属连接成一个整体
冷热锻造
古代主要使用两种锻造方法：冷锻和热锻。冷锻用于加工软金属，例如金、银和铜。这种方法无需高温即可制造产品，但由于加工硬化现象（金属在变形过程中硬度和脆性增加），也存在局限性。
热锻是将金属加热到高温，使其更具延展性和可塑性。这种方法不仅用于加工钢铁，还用于用铜和青铜打造复杂的形状。
热锻青铜的工艺包括几个阶段：
- 将金属加热到临界点以上的高温
- 塑形 — — 使用锤子、铁砧和压力机来创造所需的形状
- 热处理 — — 加热和冷却以赋予强度和耐腐蚀性
- 铜绿是使用特殊化合物来保护并赋予特定外观。
随着科技的发展，锻造工艺也不断改进。工具和技术的逐渐变革，使得手工锻造逐渐发展成为一个独立的行业。
青铜时代的剑
青铜剑的起源与发展
最早的剑出现在青铜时代，是匕首的进化发展。考古发现表明，青铜剑最早出现于公元前17世纪左右的黑海和爱琴海地区。
在青铜器出现之前，切割工具和武器的主要材料是石头（燧石、黑曜石）。然而，由于石头易碎，制造长刃并不现实。随着铜和青铜的发现，人们可以制造刀刃更长的匕首，这最终导致了新型武器 — — 剑的出现。
最早的青铜剑源于米诺斯克里特岛和凯尔特不列颠岛的刀剑。早期长度超过100厘米的剑大约在公元前1700年左右铸造，据推测是在爱琴海地区。
青铜时代典型的剑长在60至80厘米之间。短于60厘米的武器则有不同的分类 — — 有时被称为短剑，有时被称为匕首。中国剑的制作始于商朝（约公元前1200年）。
青铜剑的制作工艺
青铜剑的制造技术融合了铸造和锻造工艺。工艺的第一步是选择合适的合金。青铜是铜与锡或其他金属的合金，其机械性能优于纯铜。
剑的制作始于绘制详细的图纸和制作模型。然后，准备一个模具来铸造剑坯。古代工匠使用各种铸造技术：
- 开模或砂型铸造
- 倒入带盖的模具中
- 分体式模具铸造
- 用于制造复杂零件的失蜡铸造
剑坯铸造完成后，经过精心加工 — — 锻造、磨砺、抛光。许多古剑上都镶嵌着丰富的银质和其他金属，展现了当时枪械制造师的高超技艺。
青铜武器耐用性的一个有趣例子是中国的越王勾践剑，它在地下埋藏了2000多年，仍然保持锋利，没有腐蚀。
青铜剑的战斗用途
实验考古学正在帮助人们了解古代青铜剑在战斗中的使用方式。研究表明，青铜时代的武士避免使用可能损坏柔软青铜剑刃的猛击。相反，他们更倾向于一种名为“交叉剑”的技巧。
一支由英国、德国和中国考古学家组成的团队，对七把古代宝剑的精确复制品进行了实验。经验丰富的剑客用剑击打各种材质的盾牌 — — 木盾、皮盾和铜盾。研究人员分析了剑刃上的痕迹，并将其与现存考古发现的磨损痕迹进行了比较。
由此，我们找到了古代剑上发现的14种典型凹痕和缺口的起源。对这些痕迹位置的分析表明，在青铜时代末期，它们开始沿着剑身更紧密地聚集在一起。这标志着武术的发展 — — 剑客们学会了更精准的击打。
青铜剑在欧洲一直是一种常见的武器，直到公元前五世纪才逐渐过渡到铁制武器。然而，直到公元五世纪罗马帝国灭亡后，铁制武器才真正取代青铜武器。
铁制武器与铁匠工艺的演变
第一把铁剑的出现
从青铜到铁剑的过渡是一个渐进的过程，耗时数个世纪。铁剑比青铜剑拥有显著的优势 — — 原材料更容易获得，而且机械性能可能更好。然而，铁剑的加工技术更为复杂，需要更高的温度和特殊的技能。
最初的铁剑颇具实验性，与青铜相比并无明显优势。经过大约500年的技术改进，铁器才逐渐取代青铜武器。
一项重要的技术成就是发现了大炼铁工艺，这使得从铁矿石中获取铁块成为可能 — — 铁块是一种海绵状的铁，其中混杂着矿渣。通过反复锻造和加热大炼铁，铁匠们去除了矿渣，使金属紧实，从而获得了用于制造各种产品的大炼铁。
叶片改进技术
在铁匠工艺的发展过程中，工匠们发现了许多可以提高铁刀质量的技术：
- 渗碳 — — 用碳饱和铁的表面层来增加硬度
- 淬火 — — 加热后快速冷却以增加硬度
- 回火是将硬化钢加热到一定温度以降低脆性的过程。
- 锻焊是将不同性质的金属层连接起来
尤其珍贵的是多层剑，这种剑将坚硬易碎的剑身与柔韧的剑芯结合在一起。这种设计在剑身的锋利度和抗折度之间达到了最佳平衡。
早在公元10世纪，罗斯及其他地区就已掌握了制造花纹钢的秘诀 — — 这正是未来大马士革的雏形。这标志着锻造技艺的极高水平。
青铜兵器与铁器对比
青铜和铁制武器各有优缺点。青铜的硬度不如铁，但强度相近，且耐腐蚀性更佳。钢剑和钢盔容易生锈，而青铜则覆盖着一层稳定的氧化膜 — — 铜绿。
青铜更适合制作胸甲、头盔和形状复杂的刀片。铁的延展性更好，更容易制成金属丝，因此成为制作锁子甲的首选材料。正因如此，最古老的板甲是青铜，而最古老的锁子甲则是铁。
从青铜到铁的转变的一个重要因素是原材料的可用性。生产铁所需的材料 — — 铁矿石和木炭 — — 广泛分布于欧洲大部分地区。与此同时，制造青铜所需的锡矿仅在少数地区开采。
锻造的地域特色
古代东方的铁匠工艺
中东和埃及被认为是冶金学的发源地。第一批高品质铁加工技术 — — 高炉、高碳钢生产和锦缎刀片 — — 都诞生于此。
在古埃及，铁匠使用铜、青铜，后来又使用铁。由于铁的稀有性，它最初比黄金更珍贵。锻造被认为是一门神圣的艺术，是神力的象征。
在中东和波斯，工匠们打造的刀片因其品质和独特的结构而闻名于世。来自东方的知识和技术后来通过贸易路线和军事行动渗透到欧洲和俄罗斯。
印度的炼铁技术始于公元前1800年左右。古罗马人认为印度是一个炼铁技术远超欧洲铁匠的国家。在撒哈拉以南的非洲，炼钢技术大约从公元前1400年开始发展，当地工匠发明了能够达到极高温度的熔炉。
俄罗斯铁匠业的发展
在罗斯，铁匠有着特殊的意义。铁匠深受尊敬，他们的工作被视为神圣 — — 在人们的想象中，他们确实赋予了金属“生命”。
早在公元前一千年，居住在古罗斯领土上的斯拉夫人的祖先就掌握了金属锻造和热处理技术。到了公元十世纪，俄罗斯工匠们已经掌握了花纹钢的秘密 — — 这正是未来大马士革的雏形。
铁匠是第一个需要专门的、与住宅隔开的房间的工艺。考古发现表明，早在公元4至5世纪，在伏尔加河-奥卡河交汇处，铁匠们就在特殊的非住宅建筑 — — 锻造厂 — — 里工作。
出于防火考虑，锻造厂通常设在定居点的郊区，靠近城墙。锻造厂配备了熔炉和风箱。
锻造技术进步
几个世纪以来，铁匠技术逐渐进步。锻造过程的机械化是其重要发展阶段。16世纪初，出现了由水轮驱动的铁匠锤 — — 中型和尾型。
英国最近的考古发现表明，早在公元 3 世纪和 4 世纪就已经存在水力锻造厂，这表明早在工业革命之前人们就已经开始尝试将铁匠的繁重体力劳动机械化。
18世纪末，绳索和蒸汽锤、螺旋压力机和液压机开始应用于锻造生产。随着新的机械化手段的出现，锻件制造技术不仅通过锻造方法得到了改进，还通过热冲压甚至校准技术得到了改进。
渐渐地，手工锻造逐渐发展成为一项独立的生产。在俄罗斯，第一批专业工厂出现在图拉、谢斯特罗列茨克和伊热夫斯克，最初生产武器，后来又生产其他产品。
尽管科技不断进步，新的金属加工方法层出不穷，但传统的锻造工艺依然重要。许多古代工匠发明的技艺和方法至今仍在使用，尽管使用的是现代材料和设备。
锻造的本质千百年来始终如一 — — 它运用“活”金属，需要对金属特性有特殊的感知和理解。现代铁匠如同古代先辈一样，力求在艺术表现力与产品功能性之间取得平衡。
人们对传统工艺的热情复苏，带动了锻造业的蓬勃发展。如今，手工锻造因其独特性、个性和品质而备受推崇，而这些品质在批量生产中难以企及。