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远古时期的机械材料，已经不能满足人们的制造需求。石质、木质这样的也慢慢地消失在制造业上，机械材质上发生了极大的变化，先是铜器得到普及，随后铁器也开始应用，引起整个机械行业的大发展，生产力和生产方式将是质的飞跃。
一、铜
目前考古发掘得到的最早的铜遗物，是在陕西西安临潼新石器时代仰韶文化遗址中的原始黄铜片，迄今约有6700年的历史。之后，石器与铜器并用，铜器逐渐增多，最终取代了石器。
1.铜的冶炼
人们最早使用的铜，应是始于天然铜。天然铜有良好的延展性，易于加工成形，但比较软，强度不高。继而人们掌握了人工冶炼技术，开始时，冶炼铜的强度、硬度依然不高，随着冶炼技术的不断提高，冶炼的配方也不断改进，使金属铜的强度、硬度、耐磨性也较为理想了。现经测定，对红铜：布氏硬度为HB=35。而青铜：含锡量为5%～7%时，硬度为HB=60～65；含锡量为9%～10%时，硬度达HB=70～100。
到夏代，中国的青铜制品逐渐增多，形成了一定的规模，河南偃师的二里头遗址是这一时期的代表，后人称为“二里头文化”。这一遗址在宫殿旁，说明当时冶铸业发展是直接为皇室服务。除青铜利器外，也有很多兵器以及生活用品。从成品看，这时期的冶铸已形成了自己的特色，有重要的价值。其他地方，如山西夏县、山东牟平、河北唐山、甘肃玉门等地，都曾发现过冶铸遗址。总的看来，这些遗址水准还不够高，正处于发展阶段，但它与夏朝的经济、文化和技术有一定的联系。所以《史记》说，“虞夏”之时，九牧贡金，禹铸九鼎。
商代可说是青铜冶铸发展的鼎盛时期。现从当时的青铜矿遗址（图3-1）中可以看到，当时冶铸业从采矿、选矿、冶铸、浇铸等水准都很高，规模很大，趋于成熟，可以判断是有组织地进行的。商朝的铸模，主要为陶质，少数为石质。商代已应用了分铸法，用榫接，铆接等方式，对铸件上的不同部位分开铸造，因此能够铸造很复杂的铸件。还可断定，商朝的有些青铜兵器、工具都经过了锻打，以使其刃口的强度和硬度都得到提高。
周代继承商代的基础，有些方面继续有所发展。编钟是古代青铜器中有极大影响的代表。编钟约于西周中期出现，到春秋中期编钟形制最复杂，制作技术也最高超。到春秋战国时，铸件更轻便，也更实用。尤其是在春秋时出现了失蜡法制作蜡质铸模，可以浇铸更加复杂的铸件，铸件外形也更精美。失蜡法到战国时得到更多的应用。战国时也应用金属制作铸模。当时还出现了叠铸法，用这种方法制造钱币，一次可铸出很多铸件。周朝青铜器的锻打也应用得更多了，这都有助于钢铁业的发展，也使钢铁于西周末年登上了历史舞台，发展也比较快，较多地取代了铜。
我国青铜冶铸所以发展这么快，是因为既与社会有一定的联系，又吸收了各行各业的精华，尤其与我国制陶业水准高有密切的关系，制陶在提高炉温、制模、美化铸件等方面，都为青铜业的发展提供了有用的经验。
2.青铜精品
在夏、商、周三代，尤其是商、周两代，为后世留下了大量青铜器，这些精美的器皿，融当时的技艺、文化、艺术于一体，精华荟萃、美轮美奂，又有鲜明的民族与时代的特色，是民族的瑰宝，世界文化史上的骄傲。这一时期的许多重要的历史事件，如社会发展、经济文化、语言文字、名物制度、风土人情等。都与青铜器有一定联系，也与当时的机械发展水准密切有关。
阴阳五行“金、木、水、火、土”之说，影响巨大。此说源于夏代《尚书》：“一曰水，二曰火，三曰木，四曰金，五曰土。”《国语》、《左传》中也有记载。这种情况显示五行之说反映了社会实际，是一种自然发生理论。在五行中的金，当时指的就是铜。
3.生产工具与机械零件
三代的冶铸业也生产了不少与机械发展密切有关的东西，即生产工具、机械零件等，当时这些东西都较简单，不像礼器那样引人注目。从冶铸业的生产水准来考察这些东西，可知其水准并不算高，但它们对机械的发展很是重要。
在生产工具（包括农具）方面，目前所见的青铜农具不少，商周时有耒、耜、锸、铲（图3-12）、铚、镰、犁铧等，这些都是有石质农具发展而来，形状和石器相似。其他生产工具，商周时有锥、刀、凿、斧、锛、削、铝、锯等，很多为木工工具，这是因古代一般机械、建筑构架多以木竹等制成。广东出土的青铜蔑刀（图3-13），尤为引人注目，其组织经过了热处理，先经淬火，提高其硬度，再经回火，以提高了柔韧性。生产工具中很多只用于青铜做成套子，推断其内为木材，工作部分是青铜制成，即可减轻工具（或农用）的重量，节约了贵重的青铜，又可增加工具的强度、刚度及耐磨性。
在机械零件方面，滑动轴承上的金属轴瓦应用很早。《吴子》是战国前期的吴起所著，兵书中可与《孙子》媲美，被后世兵家同奉为兵书经典，并称“孙吴兵法”。在《吴子》中即有“膏锏有余，则车轻人”的话，文中的“锏”即车辆轴头上安装车轮处的金属轴瓦（图3-14），用锏可以保护轴头，减少摩擦。而“膏”即润滑油，这句话的意思是，车子用金属轴瓦及润滑油才能跑的轻快。战国时的金属轴瓦可能为铜制，还看到过以后出土的铜制轴瓦。另外，不晚于春秋时，车上还应用了车軎（图3-15），它是装在车轴头上的金属止推轴承。当时也用铜制，当车子奔跑或转弯时，车軎上所受的力是很大的。
从现所见到的数量不多的青铜生产工具及机械零件来看，远不如青铜礼器那样光彩照人，也不像青铜兵器那样引人注目，这便让人误以为，青铜生产工具及机械零件应用不多，其实不然。现不但发现了一些青铜工具及零件，也发现了一些陶质、石质铸模。有些学者提出，我国早已使用青铜工具，现已发现夏代的铜镰、铜锛，商代数量渐多，至周已十分普遍，不但数量多，分布广，种类也比较完备，古籍记载也常见多有称颂之词，应都是指的青铜器。但这些东西很少会作为殉葬品流传下来，多已回炉重造了。
二、铁
铁器虽然远不像铜器那样引人注目，但因铁制品的机械性能（强度、韧性、硬度）远高于铜，而铁矿又较之铜矿多，且分布广。冶炼虽然困难，但一经掌握，变较易得到，所以中国在长达2000多年的时间内，各种工具和构件都用钢铁制造，钢铁业都是以生铁的冶炼为基础的。中国古代冶铁业的出现不算早，但发展很快，导致中国各行各业面貌发生了巨大而深刻的变化，并迅速传到了中亚、东亚和南亚一带，对世界物质文明发生了很大的影响。 1.铁开始使用
像铜一样，铁也是从使用天然铁开始的，不同的是，一般条件下无法得到天然铁，因为铁极易发生氧化锈蚀。人们使用的天然铁，是借助“天外来客”——陨铁的帮助才得以实现的。
1972年在河北藁城台西村商代遗址中，出土了铁刃铜钺（图3-16），其中制作的铁刃的材料，经化验确认是镍较高的陨铁，这是中国最早的铁器。此后，还在北京平谷的商代墓葬中，发现铁刃铜钺。在河南浚县辛村，也发现了铁刃铜钺及铁援（戈的横刃）铜戈，这些资料也说明了兵器的最早开始使用铁器的。
在古籍《蛮书》（唐代樊绰著）和《酉阳杂俎》（唐代段成式著）中，都记载着过去有崇尊陨铁的习俗。也可看出，由于陨铁很难得到，所以极为贵重。
2.铁的冶铸技术生产
关于中国冶铁术的起始年代说法不一，分歧很大。现结合考古资料来分析。从河南三门峡市发现西周晚期的玉柄铜芯铁剑看，所用的铁可能是人工冶炼而成。春秋时及以后的铁遗物，就多了起来，在甘肃、陕西、湖南、江苏、江西、河南、山东、山西、新疆等地都有发现（图3-17、图3-18、图3-19）。人工冶铁在开始时，只能得到质量不高的块炼铁，因开始时炉温不高，铁的组织疏松，杂质很多呈海绵状，因此，这种铁也称为海绵铁，可以从铁遗物的情况帮助判断年代。早期块炼铁费工费时，产量质量都很低。
此后，块炼铁向两个方向发展：一是提高产量和质量，形成了成熟的生铁冶铸技术，并继续发展形成了灰口铸铁、可锻铸铁与球墨铸铁，许多铁制工具、农具、车马器都是这类产品；另一个方向是块炼铁在实践中经长期发展使用与改进，发展了固体渗碳与锻打技术，促进了炒钢技术的产生与发展，又出现了百炼钢及灌钢，这些常用于制作兵器。
3.生铁冶铸的发展与应用
冶铸铁出现时，说明炉温已比冶炼铜所需高得多了。中国很快就成功地冶炼出生铁，规模庞大。迄今出土的战国铁器约1400多件，分布在江苏等地的41个县、市。据《史记》记载，战国时已有“铁官”建制，同时又有民营铁业。《管子》记有：“一女必有一针、一刀”，“耕者必有一耒、一耜、一铫”等，这正是当时普遍用铁器的写照。这些铁器普遍用作生产工具，其质量远比铜器优越。
海绵铁产生之初，因炉温不高，只能得到白石铁。白石铁异常坚硬、耐磨，但过于脆，强度不高，质量很不理想。大约在春秋战国之交，我国已出现生铁柔化技术，将白口铁退火成为可锻铸铁，也称韧性铸铁，使铁器全部或部分脱碳，或使铁内所含石墨（即碳）球化，铁器的强度提高，使我国铁器能很快用于制成较优的生产工具，并得以很快普及。因为产量大，战国中晚期已普遍用铁铸模来铸造铁工具（图3-19）。约从春秋开始，有时还在木质工具外加铁套，以减轻重量，并减少退火难度，更易柔化。
4.早期的钢
对于钢铁的定义，古今有很大的不同，古代把铸铁称为“生铁”，把含碳量低、硬度不高的低碳钢称为“熟铁”。今天，依含碳量来区别，铸铁含碳量高，无法塑性加工，而钢的含碳量都不高，可以塑性加工。对钢又按含碳量的高低，分为高、中、低碳钢，其中低碳钢即古之熟铁，中、高碳钢即古之钢。
已发现有约在春秋战国时的钢铁品出土，主要是为数不多的兵器，这些制品具有钢的组织。古籍中也见到一些有关钢的记载，但其由来及工艺都难以确定。直到汉代才形成了成熟的炒钢技术。
一、铜
目前考古发掘得到的最早的铜遗物，是在陕西西安临潼新石器时代仰韶文化遗址中的原始黄铜片，迄今约有6700年的历史。之后，石器与铜器并用，铜器逐渐增多，最终取代了石器。
1.铜的冶炼
人们最早使用的铜，应是始于天然铜。天然铜有良好的延展性，易于加工成形，但比较软，强度不高。继而人们掌握了人工冶炼技术，开始时，冶炼铜的强度、硬度依然不高，随着冶炼技术的不断提高，冶炼的配方也不断改进，使金属铜的强度、硬度、耐磨性也较为理想了。现经测定，对红铜：布氏硬度为HB=35。而青铜：含锡量为5%～7%时，硬度为HB=60～65；含锡量为9%～10%时，硬度达HB=70～100。
到夏代，中国的青铜制品逐渐增多，形成了一定的规模，河南偃师的二里头遗址是这一时期的代表，后人称为“二里头文化”。这一遗址在宫殿旁，说明当时冶铸业发展是直接为皇室服务。除青铜利器外，也有很多兵器以及生活用品。从成品看，这时期的冶铸已形成了自己的特色，有重要的价值。其他地方，如山西夏县、山东牟平、河北唐山、甘肃玉门等地，都曾发现过冶铸遗址。总的看来，这些遗址水准还不够高，正处于发展阶段，但它与夏朝的经济、文化和技术有一定的联系。所以《史记》说，“虞夏”之时，九牧贡金，禹铸九鼎。
商代可说是青铜冶铸发展的鼎盛时期。现从当时的青铜矿遗址（图3-1）中可以看到，当时冶铸业从采矿、选矿、冶铸、浇铸等水准都很高，规模很大，趋于成熟，可以判断是有组织地进行的。商朝的铸模，主要为陶质，少数为石质。商代已应用了分铸法，用榫接，铆接等方式，对铸件上的不同部位分开铸造，因此能够铸造很复杂的铸件。还可断定，商朝的有些青铜兵器、工具都经过了锻打，以使其刃口的强度和硬度都得到提高。
周代继承商代的基础，有些方面继续有所发展。编钟是古代青铜器中有极大影响的代表。编钟约于西周中期出现，到春秋中期编钟形制最复杂，制作技术也最高超。到春秋战国时，铸件更轻便，也更实用。尤其是在春秋时出现了失蜡法制作蜡质铸模，可以浇铸更加复杂的铸件，铸件外形也更精美。失蜡法到战国时得到更多的应用。战国时也应用金属制作铸模。当时还出现了叠铸法，用这种方法制造钱币，一次可铸出很多铸件。周朝青铜器的锻打也应用得更多了，这都有助于钢铁业的发展，也使钢铁于西周末年登上了历史舞台，发展也比较快，较多地取代了铜。
我国青铜冶铸所以发展这么快，是因为既与社会有一定的联系，又吸收了各行各业的精华，尤其与我国制陶业水准高有密切的关系，制陶在提高炉温、制模、美化铸件等方面，都为青铜业的发展提供了有用的经验。
2.青铜精品
在夏、商、周三代，尤其是商、周两代，为后世留下了大量青铜器，这些精美的器皿，融当时的技艺、文化、艺术于一体，精华荟萃、美轮美奂，又有鲜明的民族与时代的特色，是民族的瑰宝，世界文化史上的骄傲。这一时期的许多重要的历史事件，如社会发展、经济文化、语言文字、名物制度、风土人情等。都与青铜器有一定联系，也与当时的机械发展水准密切有关。
阴阳五行“金、木、水、火、土”之说，影响巨大。此说源于夏代《尚书》：“一曰水，二曰火，三曰木，四曰金，五曰土。”《国语》、《左传》中也有记载。这种情况显示五行之说反映了社会实际，是一种自然发生理论。在五行中的金，当时指的就是铜。
3.生产工具与机械零件
三代的冶铸业也生产了不少与机械发展密切有关的东西，即生产工具、机械零件等，当时这些东西都较简单，不像礼器那样引人注目。从冶铸业的生产水准来考察这些东西，可知其水准并不算高，但它们对机械的发展很是重要。
在生产工具（包括农具）方面，目前所见的青铜农具不少，商周时有耒、耜、锸、铲（图3-12）、铚、镰、犁铧等，这些都是有石质农具发展而来，形状和石器相似。其他生产工具，商周时有锥、刀、凿、斧、锛、削、铝、锯等，很多为木工工具，这是因古代一般机械、建筑构架多以木竹等制成。广东出土的青铜蔑刀（图3-13），尤为引人注目，其组织经过了热处理，先经淬火，提高其硬度，再经回火，以提高了柔韧性。生产工具中很多只用于青铜做成套子，推断其内为木材，工作部分是青铜制成，即可减轻工具（或农用）的重量，节约了贵重的青铜，又可增加工具的强度、刚度及耐磨性。
在机械零件方面，滑动轴承上的金属轴瓦应用很早。《吴子》是战国前期的吴起所著，兵书中可与《孙子》媲美，被后世兵家同奉为兵书经典，并称“孙吴兵法”。在《吴子》中即有“膏锏有余，则车轻人”的话，文中的“锏”即车辆轴头上安装车轮处的金属轴瓦（图3-14），用锏可以保护轴头，减少摩擦。而“膏”即润滑油，这句话的意思是，车子用金属轴瓦及润滑油才能跑的轻快。战国时的金属轴瓦可能为铜制，还看到过以后出土的铜制轴瓦。另外，不晚于春秋时，车上还应用了车軎（图3-15），它是装在车轴头上的金属止推轴承。当时也用铜制，当车子奔跑或转弯时，车軎上所受的力是很大的。
从现所见到的数量不多的青铜生产工具及机械零件来看，远不如青铜礼器那样光彩照人，也不像青铜兵器那样引人注目，这便让人误以为，青铜生产工具及机械零件应用不多，其实不然。现不但发现了一些青铜工具及零件，也发现了一些陶质、石质铸模。有些学者提出，我国早已使用青铜工具，现已发现夏代的铜镰、铜锛，商代数量渐多，至周已十分普遍，不但数量多，分布广，种类也比较完备，古籍记载也常见多有称颂之词，应都是指的青铜器。但这些东西很少会作为殉葬品流传下来，多已回炉重造了。
二、铁
铁器虽然远不像铜器那样引人注目，但因铁制品的机械性能（强度、韧性、硬度）远高于铜，而铁矿又较之铜矿多，且分布广。冶炼虽然困难，但一经掌握，变较易得到，所以中国在长达2000多年的时间内，各种工具和构件都用钢铁制造，钢铁业都是以生铁的冶炼为基础的。中国古代冶铁业的出现不算早，但发展很快，导致中国各行各业面貌发生了巨大而深刻的变化，并迅速传到了中亚、东亚和南亚一带，对世界物质文明发生了很大的影响。 1.铁开始使用
像铜一样，铁也是从使用天然铁开始的，不同的是，一般条件下无法得到天然铁，因为铁极易发生氧化锈蚀。人们使用的天然铁，是借助“天外来客”——陨铁的帮助才得以实现的。
1972年在河北藁城台西村商代遗址中，出土了铁刃铜钺（图3-16），其中制作的铁刃的材料，经化验确认是镍较高的陨铁，这是中国最早的铁器。此后，还在北京平谷的商代墓葬中，发现铁刃铜钺。在河南浚县辛村，也发现了铁刃铜钺及铁援（戈的横刃）铜戈，这些资料也说明了兵器的最早开始使用铁器的。
在古籍《蛮书》（唐代樊绰著）和《酉阳杂俎》（唐代段成式著）中，都记载着过去有崇尊陨铁的习俗。也可看出，由于陨铁很难得到，所以极为贵重。
2.铁的冶铸技术生产
关于中国冶铁术的起始年代说法不一，分歧很大。现结合考古资料来分析。从河南三门峡市发现西周晚期的玉柄铜芯铁剑看，所用的铁可能是人工冶炼而成。春秋时及以后的铁遗物，就多了起来，在甘肃、陕西、湖南、江苏、江西、河南、山东、山西、新疆等地都有发现（图3-17、图3-18、图3-19）。人工冶铁在开始时，只能得到质量不高的块炼铁，因开始时炉温不高，铁的组织疏松，杂质很多呈海绵状，因此，这种铁也称为海绵铁，可以从铁遗物的情况帮助判断年代。早期块炼铁费工费时，产量质量都很低。
此后，块炼铁向两个方向发展：一是提高产量和质量，形成了成熟的生铁冶铸技术，并继续发展形成了灰口铸铁、可锻铸铁与球墨铸铁，许多铁制工具、农具、车马器都是这类产品；另一个方向是块炼铁在实践中经长期发展使用与改进，发展了固体渗碳与锻打技术，促进了炒钢技术的产生与发展，又出现了百炼钢及灌钢，这些常用于制作兵器。
3.生铁冶铸的发展与应用
冶铸铁出现时，说明炉温已比冶炼铜所需高得多了。中国很快就成功地冶炼出生铁，规模庞大。迄今出土的战国铁器约1400多件，分布在江苏等地的41个县、市。据《史记》记载，战国时已有“铁官”建制，同时又有民营铁业。《管子》记有：“一女必有一针、一刀”，“耕者必有一耒、一耜、一铫”等，这正是当时普遍用铁器的写照。这些铁器普遍用作生产工具，其质量远比铜器优越。
海绵铁产生之初，因炉温不高，只能得到白石铁。白石铁异常坚硬、耐磨，但过于脆，强度不高，质量很不理想。大约在春秋战国之交，我国已出现生铁柔化技术，将白口铁退火成为可锻铸铁，也称韧性铸铁，使铁器全部或部分脱碳，或使铁内所含石墨（即碳）球化，铁器的强度提高，使我国铁器能很快用于制成较优的生产工具，并得以很快普及。因为产量大，战国中晚期已普遍用铁铸模来铸造铁工具（图3-19）。约从春秋开始，有时还在木质工具外加铁套，以减轻重量，并减少退火难度，更易柔化。
4.早期的钢
对于钢铁的定义，古今有很大的不同，古代把铸铁称为“生铁”，把含碳量低、硬度不高的低碳钢称为“熟铁”。今天，依含碳量来区别，铸铁含碳量高，无法塑性加工，而钢的含碳量都不高，可以塑性加工。对钢又按含碳量的高低，分为高、中、低碳钢，其中低碳钢即古之熟铁，中、高碳钢即古之钢。
已发现有约在春秋战国时的钢铁品出土，主要是为数不多的兵器，这些制品具有钢的组织。古籍中也见到一些有关钢的记载，但其由来及工艺都难以确定。直到汉代才形成了成熟的炒钢技术。