贡品王国 地方特产 民族特产 故宫珍藏 新中国国礼 奢侈品 西洋古董 中华老字号 会展 文化遗产 博物馆 文化节 文化学院 古籍善本 生意经
艺术天地 文房雅集 画廊 传承工艺 漆艺之光 陶瓷艺术 文化都市 贡品之乡 寻宝转让 拍卖 藏家珍品 创富会 经验分享 礼仪之道 美食文化
特产天地 酒韵 茶香 紫砂文化 盛世收藏 珠宝玉器 钱币收藏 红木家居 铜艺鉴藏 丝织锦绣 旅游天地 休闲时光 养生之道 邮票天地 雅玩之家
帝王列传 绝代佳人 皇家御制 贡品文化 鉴赏知识 千古人物 论坛 博客 圈子
logo 铜艺鉴藏 你现在的位置:首页 >>铜艺知识
品牌之窗
推荐产品
兵马俑中的秦剑真有那么完美么?

铜艺知识

引言昨天我们聊了秦军的真实水平,今天我们来聊另一个被历史爱好者津津乐道的话题——秦剑。纪录片《复活的军团》称:青铜剑一般都是短剑,它无法做长的原因是青铜材料容易折断。春秋战国时期,最负盛名的越王勾践剑,全长不过55.6厘米。青铜剑普遍宽而短,60厘米似乎是青铜剑的极限。1974年,在兵马俑坑的黄土中,考古人员发现了一把完全不同的青铜剑。令专家吃惊的是,这把剑的长度竟然超过了91厘米,秦人能够制造如此之长的青铜剑!可见,秦剑是青铜剑铸造工艺的顶峰,它的长度、硬度和韧性达到了几乎完美的结合,攻击性能也因此大大增加。然而事实真是如此吗?

落后于时代的青铜剑

兵马俑中的青铜长剑何时开始在秦军中大量装备已不可考,但我们可以看到,秦国统一全国之时(公元前221年-公元前207年),罗马军团的Gladius剑正在鞘中渴求鲜血,高卢勇士挥舞凯尔特长剑战吼连连,色雷斯蛮子手持Rhomphaia长刀锋刃未寒——而这些著名的兵器,无一例外的都由钢铁制成。其实早在数个世纪前,环地中海地区就已全面换装了钢铁武器,经过锻打、渗碳、淬火的钢剑剑刃硬度可达到500HB以上,这性能是青铜兵器所难以企及的。至于青铜长剑的时代,那要上溯1000年了。

迈锡尼文明(公元前1600-1100 年)的青铜长剑,最长可达93cm

目光回到中国,早在春秋时期钢铁兵器也已经出现,出土的杨家山铁剑经检测,其经过渗碳和退火处理。到战国时期,燕下都出土了更多的钢铁兵器,其中一些兵器还经过了淬火处理,是中国目前为止钢铁淬火工艺的最早例子——铁器,代表了先进生产力和先进军备的发展方向。虽然这个过程是曲折的,道路是漫长的,但青铜将会不可避免的走向没落。

秦军的对手

面对秦军兵马俑坑中出土的四万件几乎全由青铜铸成的兵器,有人发出了疑问:“难道用武力统一了中国的秦军是一支装备落后的军队吗?”有一种说法是,秦军的青铜兵器比起六国的钢铁兵器更加先进,所以秦军才能征服它们。但实际情况是,当时秦军的对手也是主要以青铜兵器武装起来的。

中国铁器的渐盛时代,是战国到西汉这段时间。其中铁农具要比铁兵器先普遍使用。战国时期,铁农具在各国都有大量发现,但铁兵器只在少数国家有较多发现,而且这些国家出土的铁农具也远多于铁兵器。在发掘出铜铁刀剑的63个战国时期遗址中,铜刀剑有270件,铁刀剑只有27件。以长沙楚墓为例,全部2048座墓葬出土了铜兵器剑960件、戈240件,矛196件、短剑16件,而铁兵器只有剑35件、戟4件,而工具则是反过来,铁工具要大大多于铜工具。

中国战国时期的铁器时代,其实是铸铁器时代。在那个时候,主要有两种铁。一种可以统称为“锻铁”,一般通过块炼铁法还原铁矿石进一步锻打处理得到,性能较好,一直到西汉都是制作钢铁兵器的重要材料;另一种叫“铸铁”,其反应温度比块炼铁法高,成品会呈液态可以直接浇铸。铸铁的性能较差,甚至比青铜更加糟糕,但是由于其极度廉价,很快在农具和工具领域挤压了青铜的市场。在整个战国时期,农具、工具已经逐渐由铜石并用转为铸铁为主,但是兵器方面则延续了青铜时代。毕竟“兵者,国之大事”,谁也不会拿自己的性命开玩笑。铸铁的性能太差,锻铁在那个时期又很难得,于是大家还是继续使用着青铜。直到汉代对钢铁技术的大力推广,才使得钢铁兵器最终取代了青铜兵器的主导地位。

战国时期铸铁的大量使用,使中国进入了铁器时代

从成分探究秦剑的真相

根据秦始皇陵兵马俑坑一号坑发掘报告中对秦剑的检测,其表面(边部)含锡量为31%,内部(中心)含锡量为21.4%。造成这种内外含锡量差别的原因在于,铸造过程中发生锡的逆偏析(反偏析)。青铜合金在凝固时,锡和铜形成固溶体,铸造时若用高锡合金浇铸,会出现表面含锡高,内部含锡低的反偏析现象。鄂州市博物馆的董亚巍在《战国青铜剑的铸制技术及“削杀矢之齐”研究》中也支持了同样的说法:锡青铜在结晶后生成α相固溶体,以及(α+δ)共析组织。按照铸造学原理,在结晶速度快的部位,其(α+δ)共析体相对较多,而结晶慢的部位,α固溶体含量相对较多。以机械物理性能而论,δ相的性质相对硬于α相,剑体中各部位的厚度差异较大,这就造成了高锡青铜液在凝固以后,各部位自然产生出各不相同的硬度值。从这把青铜剑的硬度值,可以得出一个规律,即剑体厚的部位,其硬度值相对低于较薄的部位。由此可以得出以下推断:即高锡青铜液注满范腔后,在凝固过程中,结晶速度快的部位,其硬度值相对高于结晶速度慢的部位,且结晶速度越慢,其硬度值也越低。在剑体中,刃部最薄,浇铸后凝固最快、结晶最早。该处金相组织中δ相含量相对最多,其硬度值自然高于剑体的其它部位。 

以往有人认为,这种内外含锡量的差别带来了“内韧外坚”的效果。但需要注意的是,这种现象可能会造成内外成分不均匀,降低合金力学性能,并且使组织更加稀松。何况秦剑内部含锡量已经达到了21.4%,表面含锡量更是天崩地裂的31%,我们很快就会发现,如此高的含锡量,给秦剑造成了极大的缺陷。

董亚巍先生复原的战国青铜剑

一把好剑所应具有的性能

判断一种材料的性能需要全面地看它的各项数据:强度(抗拉强度),可以理解为剑抵抗外力形变的能力,数值越高,材料越不容易变形;塑性(伸长率),可以理解为剑在折断前,可承受的最大形变度,同时也影响对其进行冷加工的可行性;硬度,可以理解为剑切割其他物体的能力,硬度最高的天然物为金刚石。对于长剑之类的刃器来说,三种性能均不可偏废。

一把好剑,其剑刃材料需要较高的硬度和强度,使其可以切割其他物体而自身不损,而其他部位则需要较好的塑性和强度,在其受到外力冲击时不至于折断。在古代,钢铁刀剑通常用“表面渗碳”“局部淬火”“包钢”、“嵌钢”等方法达到上述目的。

罗马剑的软硬钢铁组合

日本刀的软硬钢铁组合

含锡量的秘密

与钢铁不同,青铜作为铜锡合金,主要影响其性能的是含锡量。

随着含锡量的增加,抗拉强度在18%含锡量时达到顶峰,之后迅速下降。伸长率(塑性性能)在超过3%含锡量后就不断下降,超过22%含锡量后,趋近于0%,,而硬度则继续随着含锡量增加而上升。含锡量超过20%后,青铜不仅塑性极低,基本上完全无法形变,其强度也急剧降低,工业上已无实用价值。

青铜性能与含锡量的关系

对于含锡量较低的青铜,塑性(伸长率)的数值较高,可以通过冷锻来提升性能。冷锻是古代文明常用的青铜再加工工艺,对于青铜和钢铁都有很好的效果,主要提升其强度和硬度,降低塑性。比如,将含锡9%的青铜冷锻至原本厚度的1/2,其强度将从约300mpa提升至约500mpa,硬度将从约90HB提升至约150Hb,而塑性(伸长率)会从50%降低到20%,其综合性能甚至在低碳钢之上。这也是为什么古希腊和罗马在早早使用钢铁武器的同时还不放弃铜合金防具的原因:一来钢铁片防具的热处理工艺还没有成熟---这要等到中世纪末期;二来锻造铜合金防具的性能并不输锻造钢铁防具多少,同时还有成型容易的优点。

而对于高锡青铜,情况正好相反,其较高的硬度和极低的塑性,直接造成冷锻的不可行。高锡青铜要制成武器,需要进一步的热处理:如淬火、退火。要注意的是,对钢铁进行淬火,会大幅提升钢铁的硬度,但是与钢铁的淬火相反,对青铜进行淬火可以改善青铜的塑性,但是会大幅降低青铜的硬度——类似于降低了含锡量。而对青铜退火则和对钢铁退火的效果一样:改善青铜的塑性,降低青铜的硬度。中国科学院自然科学史研究所的何堂坤曾对66件西周-战国时期的刃器进行检测,其中的2件曾经过淬火处理,国外的古希腊、古意大利文明也均有对高锡青铜进行淬火的记录。

但是秦剑的制作则与前述的都不同,其以20%左右的含锡量,测得的硬度为200HB以上,说明其并未经过淬火、退火等热处理来对塑性进行改善——当然,也不可能采用冷锻的工艺。实际上,秦剑就是中国古代最简单,也是最常见的青铜铸剑法:一步成型,既没有经过热处理,也没有经过冷锻,铸成之后经过磨砺,就大功告成。这么一来,秦剑的性能就非常不幸了。

实战兵器?

就综合性能来说,纯铸造青铜剑含锡量在10-15%左右,冷锻造青铜剑含锡量在5-10%是一个比较好的平衡区域。锡低了,剑的硬度和强度不够;锡高了,塑性不足,强度也会迅速下降。

对秦剑的成分检测表明,秦剑的含锡量波动较大,最低的为18.02%,最高为31%,一般在21%-22%左右,越接近表面,由于其逆偏析的缺陷,含锡量越高。对0421号剑的测试其硬度为22-24HRC——约为200HB——与不淬火的中碳钢水平相近。另外一把秦剑的实测数据为:表层最外层321Hv,表层靠近中心254Hv,靠近剑身220Hv,剑身185Hv。

对照上面的图,我们可以发现:秦剑含锡最高处硬度近370HB,抗拉强度则降为120mpa 塑性(伸长率)0%。其他区域平均硬度为200HB左右,抗拉强度为300mpa以下,塑性(伸长率)低于1%。从整体来看,秦剑的硬度不错,但是强度较低,甚至还不如低碳钢,只和10%含锡量的铸造青铜持平;至于塑性(伸长率),更是惨不忍睹的可以忽略,要知道,一般的钢材,其塑性(伸长率)均为20%以上,即便是10%含锡量的青铜,塑性(伸长率)也有10%。

由此可见,秦剑实在是不折不扣的硬脆材料,其各项性能数值与常见玻璃、陶瓷的数值十分接近。不用说与钢铁进行比较,甚至与同期,甚至比它早一千年的青铜兵器比起来,性能也算是落后的。这样的兵器,即使上了战场,恐怕也需要小心翼翼的保护。一旦与其他兵器交击碰撞,可能对手的武器只会多一道豁口,而秦剑就会断成两节……难道这就是是青铜剑工艺的顶峰吗?

一把公元前1700-1600年的北欧青铜斧

我们以上面这把斧子为例,含锡量为8.8%,刃部经过了良好的冷锻,最高硬度达到250HV(约为238HB),抗拉强度则可能达到700mpa。而脊部则保持了280mpa的抗拉强度和10%以上的伸长率,可说是刚柔并济,足以说明冷锻法对青铜的性能提升有多大,可与单纯依靠铸造的秦剑比较一下:除了刃部硬度相近,刃部强度是秦剑的两倍,脊部塑性更是秦剑的10倍以上!

即便用著名的越王勾践剑来做比较,秦剑也没有丝毫优势。由于同样的逆偏析效应,勾践剑的含锡量由内而外大约为15%-20%,其硬度大约是100-200HB,强度约为350mpa,塑性最高达到4%。除了硬度比秦剑稍低外,其余两项性能均能压秦剑一头。

长度是把双刃剑

俗话说,一寸长一寸强,但从另一方面来说,兵器的长度必然要适应军队的具体作战方式,并非是越长越好。古希腊军队在其方阵战术成熟之前使用近1米的长剑,但之后为了适应方阵中拥挤的作战环境,采用了较短的Xiphos和kopis。古罗马军团为了与其标志性的Scutum大盾配合,共和国末期至帝国前期的军团步兵剑反而有一定的缩短趋势。

在方阵的对抗中,队列的密集和整齐是制胜的关键

再观秦剑,剑做的长,是不是就代表了其工艺的高超呢?确实,秦剑如果和春秋战国时期的其他青铜剑做比较,其80厘米以上的长度可以鹤立鸡群。较长的剑身,使握持秦剑的士兵可能早一步击中对手。但青铜剑的长度普遍不长,实际上有其客观原因。通过对出土战国青铜剑进行成分检测,显示这个时期的青铜剑含锡量一般要比之前的商周时期更高。对于铸造青铜剑来说,固然增加了武器的硬度,但是其脆性也大大增加了。此时士兵们有的已经装备了皮质的甲胄,更有甚者,钢铁铠甲也已经开始投入使用。战国策中就有言“夫吴干之剑,肉试则断牛马,金试则截盘茧;薄之柱上而击之,则折为三,质之石上而击之,则碎为百。”可见当时的青铜剑在直接对抗硬物的时候往往会“折为三、碎为百”。在2007年的央视寻宝节目中,就出过意外,在礼仪小姐移手之际,青铜古镜从盒内摔落到地面上,碎裂成很多片。要知道,铜镜的含锡量一般也在20%-30%左右,与秦剑相仿……

秦剑身为已知最长的战国青铜剑,含锡量也是数一数二的高,虽然在杀伤距离上有优势,但作为长剑,其在战斗中也比短剑更容易折断——更不用说秦剑的脊厚只有0.8cm,再加上其拙劣的金属性能,可以说秦剑比起勾践剑之类的短剑来,只会更容易损坏。以秦剑的性能,不用说穿透敌人的护甲,一旦击中硬物,首先就要担心自己的折断问题。

综上所述,秦剑作为一种长薄易折、硬脆易断的兵器,在两千年前的战场上叱诧风云的机会,是非常渺茫的。

镀铬技术领先世界2000多年?

据称,秦剑的表面有一层10微米厚的铬盐化合物。这一发现立刻轰动了世界,因为这种“铬盐氧化”处理方法,是近代才出现的先进工艺,德国在1937年,美国在1950先后发明,并申请了专利。

其实,镀铬技术并非是秦剑独有,目前为止,除了秦剑秦镞,至少在6件物品上出现过类似的含铬物质,从西周早期到汉代跨度达1000年左右。但是何堂坤并不认为铬是有意渗入,在《几件表面含铬青铜器的分析》中,何先生提出以下五点理由:

一、事例较少,古代含铬的青铜器试样不到10件;二、表面含铬量较低,10个分析点铬的平均含量为1.056%,而从试样表面平均成分看,铬含量低于锡、铜、硅、铅、铁、铝、硫;三、假若为有意渗入,其目的很不好理解,不论是装饰用还是防腐,均无实际依据;四、表面含铬量波动稍大,不均匀的含铬量会使表面出现花斑;五、没有有关记载文字,传统工艺中也无类似操作。结论如下:“6件试样并未进行过人工铬化处理,表面上的铬是在使用、埋藏过程中偶然渗入的”,并指出秦俑坑的情况类似。《中国古代军事工程技术史》也指出,铜兵器表层中铬的含量,并不高于其中铁、铝、硅等杂质的含量,人们一般都把后者视作土壤腐蚀的结果,故此,不能完全排除土壤腐蚀导致铜兵器表层含微量铬的可能性。

秦剑极有可能只是陪葬的冥器

面对网上炒得沸沸扬扬的秦剑“削铁如泥”“记忆合金”等传言,学界早已有人指出其无凭无据,并非事实。刘占成先生参加兵马俑坑考古发掘工作数十年,亲眼目睹了秦剑的出土,亲手捧过秦剑实物,他一针见血地指出:“……从性能上讲秦剑是脆而易断。俑坑中出土较多剑身残断后的断节,恰好反映了秦剑很脆的特性……”并进一步推测秦剑的主要作用为佩戴显示身份地位、指挥、守护、赏罚。

复合剑剑身断面,通过两次浇铸,在芯部和刃部得到完全不同的组织

但从笔者看来,秦剑的主要作用即为陪葬。作为冥器,其性能自然不需要有多高的要求。纵观中国战国时代青铜剑,有长度较短的,有含锡量较为适宜的,有些还经过了淬火处理,甚至还出现了复合剑工艺,不论是哪种剑,其性能都远在秦剑之上。秦军也没必要花费大量的时间精力制作这些几乎不能上战场的玩具。作为佩戴、赏罚,秦剑本身装饰并不豪华,工艺也不复杂,并没有什么较高的价值;作为指挥、守护,则大可以用普通实用的青铜剑。

从刃口上看,兵马俑中出土的秦剑在之前也从未使用过,故此,秦剑的庐山真面目极有可能便是陪葬的冥器,陪伴皇帝长眠地下才是它们最大的作用。

评价:
共  条记录 |  页 | 首页 | 上一页 | 下一页 | 尾页 |  页
内容:
(内容不能多于1000个字。多于字将自动清除)

热点新闻
菩萨的供品需要几样 贺兰夫人 陶瓷制作工艺流程 和田玉
首页 | 新闻资讯 | 贡品企业 | 专业市场 | 地方特产 | 民族特产 | 中华老字号 | 文化遗产 | 宗教用品 | 博览会 | 文化节 | DMOZ中文网站分类目录