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    材料熱處理技術發展史

      中國古代金屬表面處理主要有“鎏金”、“鎏銀”和鍍錫。最常用的是汞齊法,即將被鍍金屬溶于水銀中,然后采用擦涂的方法將其被覆于基材之上。該技術一般應用于銅器的裝飾處理。已知早期的鎏金物件為山東曲阜出土的長臂銅猿,墓葬年代為春秋戰國之交。陶弘景后來對汞齊的作用指出: “水銀能消化金、銀,使成泥,人以鍍物是也。”中國古代的玻璃制造術也是在周朝開始發展起來的。1976年在陜西省寶雞茹家莊地區發掘出的西周都市遺址中,發現四種不同形式的玻璃扁株和綠色玻璃管狀項鏈。此外,還在金村、長沙、輝縣等地戰國墓葬中,出土過一批白色、翠綠色、暗綠色的玻璃制品,色澤美觀,大都半透明。據分析,它們大多是含鉛、鋇量較高的“鉛鋇玻璃”。與西方常見的“鈉鈣玻璃”在成分上有很大的差異。“鉛鋇玻璃”的加工溫度低,雖具備多彩、晶瑩的特點,但有易碎、透明度差的缺點。

      秦漢兩朝是我國冶鐵規模蓬勃發展的時期,西漢的豎爐已發展到相當規模,南陽出土的鑄鐵爐耐火磚的復原情況表明,當時的豎爐高約3-4米,直徑2米,東漢的太守杜詩還發明了鼓風工效大得多的水排。而且在兩漢時期,炒鋼技術已經普及,用此技術可生產出熟鐵。相應的古代熱處理加工也出現了全面發展的狀況。這時期的工匠在掌握和應用鋼鐵退火加工方面取得很大進步。除了對鍛鋼件實施中間退火以外,以退火作為最終的熱處理手段看來也被古代工匠所采用。滿城1號漢墓和呼和浩特二十家子出土的同時代的鎧甲片都是塊煉鐵材料,從其表層的顯微組織觀察,為鐵素體組織,其最終的處理工藝應屬于退火工藝。此外,原北京鋼鐵學院冶金史研究室對河南出土的188件漢代鐵器進行過金相普查。結果表明被普查的鐵器的40%屬鑄鐵經脫碳處理而制取的鋼件,其中大部分的農具的顯微組織均為珠光體和滲碳體,甚至有一部分滲碳體已經球化。依此可以看出,古代工匠對中、高碳鋼實施的是在 723℃附近長時間的退火,他們采用了這種方法在某些情況下獲得了球化退火組織[16]。脫碳處理是一種化學熱處理。這一技術秦漢兩朝被大量應用來加工白口鐵?;铱阼F內部的石墨成片狀,是性能較好的鑄鐵,當代的灰口鐵是靠添加促進石墨化元素和控制冷卻速度實現的。中國古代則很早就獲得灰口組織。北京鋼鐵學院冶金史教研室曾經普查了漢代的鐵器,發現在鑄造生鐵中灰口鐵占21%、麻口鐵占4%,他們認為漢代灰口鐵的生產已屬成熟的工藝,麻口鐵則是生產灰口鐵時偶然得到的[16]。古代工匠似乎已經知道灰口鐵的性能特點,在滿城漢墓出土的公元前112年的車軸,用的就是灰口鐵,其組織中有石墨,可起耐磨和減摩的作用。這是發掘出的最早的灰口鐵。由于古代的灰口鐵含硅量低于現代的灰口鐵,灰口組織的獲得很可能是灰口化的退火處理的產物。當然,漢代灰口鐵也有可能是依靠控制凝固的冷卻速度而得到。但更可能是對鑄鐵采用了在窯爐中高溫退火的方法。更值得注意的是在被普查的鐵器的內部出現了球墨組織。球狀石墨是在鑒定澠池漢魏窖藏鐵器時發現的。我國的考古工作者通過對某些具有球墨組織的鐵器的分析表明,其球狀石墨的形貌、結構及力學性能與現代靠添加球化劑獲得的石墨無異。球化等級達到現代球墨鑄鐵金相標準的1—2級。而國外的研究者是在1942年對意外獲得的高韌性鑄鐵的金相觀察后才進而確定出鑄鐵的球墨化退火工藝 [17]。漢代在淬火方面也取得很大成就。這時期發明的“百煉鋼”的主要用于制造兵器的技術。百煉鋼折疊、鍛打次數很多,碳分比較多,組織更加細密,成份更加均勻,所以鋼的質量有很大提高。在西漢中晚期,我國又出現了新的煉鋼技術“炒鋼”,這是在生鐵冶鑄技術的基礎上發展起來的一種煉鋼新技術。炒鋼技術是煉鋼技術的一項突破,它能提供大量廉價、優質的熟鐵或鋼,滿足生產和戰爭的需要。炒鋼的出現也大大促進了百煉鋼技術的發展,人們可以以炒鋼為原料,經過反復加熱、折疊、鍛打成質量很好的鋼件。在山東臨沂蒼山出土的安帝永初六年的環首鋼刀和徐州銅山出土的章帝建初二年的鋼劍,分別記有“三十 ”和“五十 ”的字樣。這期間古代工匠還發明了局部淬火,對徐州獅子山楚王陵出土的4件鑿刀的金相分析””表明,該4件鑿刀都經過對刀頭的局部淬火處理,以獲得刀頭硬、刀體韌的效果。對在山東蒼山漢墓出土的環首鋼刀、陜西扶風漢墓鋼劍和漢代劉勝錯金書刀的分析也表明,這些刀劍僅在刃部觀察到馬氏體,劍的脊部未見淬火組織。

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