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中国古代铸铁技术

[拼音]:Zhongguo gudai zhutie jishu

[外文]:casting iron technique in ancient China

中国早在春秋时期已发明铸铁技术。现代所知的早期铸铁器件如江苏六合铁丸、湖南长沙铁�a、铁鼎等,其年代都在公元前6世纪左右,这与《左转》昭公二十九年(公元前 513)“赋晋国一鼓铁以铸刑鼎”的记载是相符合的。

商周时期高度发展的青铜冶铸业,从生产能力到矿石燃料整备、筑炉、制范技术,为铸铁技术的发明和迅速发展提供了前提。最初的铸铁件,形制与同类青铜铸件相近。铁矿石由竖炉熔炼,得到铁水后直接用陶范铸造。早期的铸铁都是高碳低硅的白口铁,性脆硬,易断裂。为使铸铁能制作生产工具,战国前期发明了韧性铸铁,通过脱碳热处理和石墨化热处理,分别获得脱碳不完全的白心韧性铸铁和黑心韧性铸铁(图1)。战国中期以后,铸铁器逐步取代铜、木、石、蚌器,成为主要的生产工具,出土实物有犁铧、?、铲、�a、镰、锄、斧、锛、凿等。

对铁器的大量需求,促成了铁范(铸铁金属型)的发明。1953年河北兴隆燕国冶铸遗址出土的铁范,曾用来铸造铁斧、锄、镰和车具。这些铁范结构合理,壁厚均匀,形状和铸件轮廓相一致,并已使用铁芯。有的范能一次铸两件器物(如双镰范,图2),表明铸铁技术在这个时期已达到较高的水平。

秦汉时期,冶铁业有一个很大的发展。汉武帝实行盐铁官营,在全国设立49处铁官,促进了铸铁技术的推广和进步。汉代已有炉膛容积达40~50立方米的炼铁炉,使用人力、畜力和水力鼓风。南阳瓦房庄冶铁遗址有专设的铸铁工区和高约 2米的化铁炉。铁范的应用在汉代更为普遍,除直接用来铸造各种生产工具和构件外,后来还用以铸造成形铁板,再通过脱碳热处理得到钢质板材,用以锻打成形器件。

铸铁热处理技术在此期间有明显的进步。由于铸铁都用木炭熔炼,碳含量大都在共晶点附近,而其他元素含量较低,属于较纯的铁碳合金。不少器件用铁范铸造,壁厚一般在3~5毫米,属于薄壁铸件。在实践中,已采用了较为合理的热处理规范,因而所得韧性铸铁件质量较好。白心韧性铸铁件多数处理完全,很少残留渗碳体和析出石墨。黑心韧性铸铁件多数以铁素体和珠光体为基体,一部分以铁素体或珠光体为基体,石墨形状与现代同类材质相近。特别是西汉后期已出现具有球状石墨的高强度铸铁,如巩县铁生沟出土的铁?,在铁素体-珠光体基体上均匀分布着典型的圆度较好的球状石墨,偏光下呈放射性状(图3),经用热氧腐蚀、石墨高温分解、扫描电镜等多种手段检测,证实与现代球墨铸铁中的石墨球相似,被认为是铸后经退火形成的。这些工艺在南北朝时期仍被使用,对封建社会前期生产力的发展起了重要作用。同时,生铁冶铸作为中国古代冶铁业的技术基础,对钢铁冶炼的发展有深远的影响。

铸铁在封建社会后期仍广泛用作农具(如犁和犁镜)、煮盐用的牢盆、铁炮和艺术铸件等。公元10世纪已能铸造重达50吨的特大型铁铸件(如河北沧州铁狮子)。五代以后,铁建筑物增加,如有湖北当阳的北宋铁塔。唐宋时期南方冶铁生产发展迅速,湖北、湖南、广东、福建等地的铁都以质地良好著称。广东佛山成为著名的冶铸中心,所产铁锅远销东南亚。泥型铸造、铸锅等传统铸铁工艺于近代仍被使用,在生产中起了一定作用。

参考书目
  1. 华觉明:“中国古代钢铁技术的特色及其形成”,《科技史文集》第3辑,上海科学技术出版社,1981。

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文章名称:《中国古代铸铁技术》
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