古代冶金三绝

麦保红

金属的发现和应用对人类文明做出了重大的贡献，古今中外的冶金史上都出现过不少名匠。遗憾的是他们许多精湛的技艺久已失传，他们的作品至今仍使科学家们大惑不解。下面请看古代冶金的三绝。

越王自作铜剑

中国古代的小说中充满对剑的渲染，首都剧坛上曾演出过《吴王金戈越王剑》。“越民铸宝剑，出匣吐寒芒。”据古书记载，越王勾践请名剑师欧冶子为他铸造了5把剑，名为湛卢、纯钩、胜邪、鱼肠、巨阙，把把削铁如泥，价值连城。

1965年在湖北江陵县楚墓中出土了越王勾践自用剑，使人们有幸重睹这一瑰宝。在国内外引起很大轰动。这把青铜古剑全长55.7厘米，宽4.6厘米，柄长8.4厘米。整个剑身并不是平滑的，而是遍布菱形花纹。剑格（柄和剑身连接处）两面用蓝色琉璃镶嵌，剑身有8个错金篆体铭文：越王勾践自作用剑。

这把世界上最古老的青铜宝剑距今已有2400多年，科学家鉴定后大吃一惊，原来这口剑不是由单一的锡青铜铸成，而是成分不同的复合铜件。剑脊和剑刃含锡量分别为10%和20%左右，这样一来就使脊部比一般青铜柔而坚，具有足够的韧性，保证在格斗中经得起撞击而不致折断;刃部质硬而挺，刃口锋利，能洞穿铠甲，其锋不摧。在试验中，用手握剑轻轻一挥，竟把叠在一起的多层白纸截断，真可谓天长地久，宝刀不老。

更有奇者，这把宝剑的成分中还含有少量的铝和微量的镍。在灰黑色的花纹和黑色的剑格中，还含有硫。这些选择都符合现代冶金原理。现在，青铜已不再用于刀具，但是铝青铜和镍青铜却是铸造齿轮、蜗杆、轴套和阀门的重要材料。含锡量大于20%后，青铜就会变脆，塑性和韧性极度恶化，而古剑的锋锷正确地利用了这个极限量。

2000多年前的欧冶子如何在铸造一把剑时调整各种元素的成分，最后达到天衣无缝，浑然一体，这无疑一个极大的谜，也是一绝。

奎塔勃铁柱

在印度德里郊外有一个古老的铁塔，名叫奎塔勃，它实际上就是一根巨大的神秘铁柱，但闻名世界。据说，这根铁柱是公元四五世纪一位国王出征胜利的记功碑。铁柱高7米多，底部直径约半米，略带锥度，到顶部缩至30厘米，柱冠直径再次增大，仿佛托着一叠花饼。整个铁柱估计重量为6吨。

铁是一种易锈蚀的金属，因此保留下来的古铁器要比古青铜器少得多。这根古铁柱放置在露天，经历了1500年的风风雨雨，奇怪的是至今丝毫没有生锈，柱身上镌刻的字迹、笔划清晰如新。这一奇迹从20世纪初就引起了科学家的重视，他们试图用现代科学原理来解释这一现象。然而考证和分析导致了旷日持久的争论，一直到20世纪末，英国、瑞典和日本的学者还在发表不同的见解。

从有关的资料看，奎塔勃铁柱几乎是钝铁，它是用一种古老的锻造工艺制成的。首先，把铁矿石直接放在巨大的木炭炉内，用脚踏风箱吹风加热，矿石并不熔化，而是得到疏松的海绵状铁块，然后再用手工锻打，挤出大部分渣子。巨大的铁柱就是用这些铁块在木炭焰火加热下锻打焊合而成。这种铁属于高磷低硫铁，并含有少量的铜。柱身上有一层棕黑色氧化膜，如果剥去氧化膜，颜色逐渐加深，数年以后与周围氧化膜已无法区分。这就是铁柱似锈非锈的秘密所在。一些学者认为铁柱的成分合理，与现代耐候钢所含的元素大同小异。

另一些学者认为，奎塔勃铁柱至今不锈是因为处于一种特殊的环境之中。德里气温高而干燥，工业污染很少。大气中没有二氧化硫一类酸性气体，铁柱经常受到教徒们的顶礼膜拜，鉴赏抚摩，加之人畜混杂，排放出大量氨气，因此大气中主要是碱性气体，对钢铁具有保护作用。教徒们身上和手上的油脂抹在铁柱之上也起到了防锈的作用……

浑厚沉着的铁柱屹立千年，默默不语，究竟谁能道出它真正的奥秘呢？

大马士革宝刀

在13纪以前的200多年内，强悍的阿拉伯铁骑与东侵的十字军多次激战在沙漠里，那寒光闪闪的大马士革宝刀曾使多少侵略者丧胆。据说古叙利亚工匠制造的这种弯刀锋利无比，把一根头发吹到刀刃上，立刻被分割成两段。遗憾的是宝刀尚能找到，但冶金和锻造技术久已失传。

许多年来，大马士革刀蒙着一层神秘的色彩。锻打刀剑的铁饼产于印度，装船运至波斯，被叙利亚工匠锻打成宝刀，而装船运至欧洲，再高明的工匠锻打时，也是钢花四溅，脆得无法成形。据说叙利亚工匠之所以成功，是每次锻打一把宝刀前要杀一只鸡，把鸡血溶到钢中去……

20世纪70年代，美国斯坦福大学的两位冶金师无意中揭开了大马士革宝刀的秘密。这两位科学家都是研究金属的超塑性的。利用金属的超细晶粒组织获得超塑性后，就能使难加工金属如钛合金和不锈钢变得驯服。超塑性金属软如饴糖，伸长几十倍，吹塑成薄壁形状也不会断裂。

阻止金属晶粒增大的办法之一是在铁中加入大量的碳，这样就形成了高碳钢。但是含碳量达1.5%时，又形成了大量脆性的渗碳体网状组织，以致这样的钢根本无法加工。现代高碳钢的含碳量一般不许超过0.65%。

大马士革钢的制造者不知用一种什么方法，既保持了相当高的含碳量，又避免了脆性，注入鸡血当然是无稽之谈。美国的冶金师首先使超高碳钢处于超塑性状态，再用连续轧制方法把它加工成刀具，从而制成了新的大马士革刀。

顺便一提，超塑性钢的最大用户并非民用刀具，而是汽车、船舶和飞机制造业。

【责任编辑】张田勘