先秦青銅合金冶煉,可不是按《考工記》配方來的

2020-12-19 戰爭事典

青銅合金的冶煉配方一直以來都是決定青銅器最終機械性能的關鍵因素。衡量某一文明在青銅器時代的金屬冶煉水平,最直觀的標準就是其對青銅合金配方的總結與掌握水平。我國東周時期著名的手工業工藝總結性文獻《考工記》中記錄了大量當時各種器物製造的工藝流程與生產規範,其中就有對不同器物所應採用青銅配方的記錄,合稱金「六齊」。

金有六齊:六分其金而錫居一,謂之鐘鼎之齊;五分其金而錫居一,謂之斧斤之齊;四分其金而錫居一,謂之戈戟之齊;三分其金而錫居一,謂之大刃之齊;五分其金而錫居二,謂之削殺矢之齊;金一錫半,謂之鑑燧之齊。

不過關於「六齊」配方中的銅錫比例,存在兩種不同的解讀方式。以「六分其金,而錫居一」為例:第一種說法是,按照重量將青銅配方分成6份,六分之五是銅,另外六分之一是錫,即錫所佔的比例為16.67%。以此類推,斧鉞一類器物青銅配方的含錫量為20%,戈戟類青銅配方錫含量為25%,大刃類(應該指青銅劍,或者雙色複合劍的劍刃部位)青銅配方錫含量為33.33%,箭鏃、工具刀類青銅配方錫含量為40%,銅鏡的錫含量則佔到了50%。另一種解讀方式認為「六分其金,而錫居一」一句應解讀作6份銅當與1份錫配比,則其錫含量為14.29%。以此類推,斧鉞錫含量為16.67%,戈戟錫含量為20%,大刃錫含量為25%,箭矢與小型工具刀錫含量為28.57%,銅鏡類錫含量為33.33%。這樣解讀,青銅合金配方中的錫含量比前一種解讀方式要低出很多。

(上圖)青銅壺和青銅鼎

值得注意的是,雖然我國古代經常有鉛錫不分的情況存在,但是就東周而言,這種情況應該是不存在的。經過近千年青銅冶煉技術的發展,生產一線的工匠不可能分不清楚鉛與錫這兩種完全不同的金屬之間的差異及其對青銅合金機械性能的影響。事實上,春秋之時中國古代工匠已經清楚地認識到鉛、錫元素對青銅合金機械性能的影響,並能創造性地鑄造出「雙色複合劍」。後世鉛錫不分的情況也基本只見於脫離生產的傳統文人的著述中。

空談無益,我們還是應該拿出土實物來進行對比。首先,我們可以對比一下各地出土的各個時期鑄造的青銅箭鏃其實際使用的合金配方中的含錫量。根據金相分析的結果顯示:銅鏃中錫含量最低為2%,最高為19%,且出現了時代越晚錫含量越高的現象—這可能與各國軍隊開始普及護甲有關,面對厚重的皮甲,需要加強箭鏃的硬度以破甲。在戰國晚期,列國青銅箭鏃的錫含量多在19%左右,比兩種「六齊」配方中所提出的比例都要低。另有一些偏離規律的樣本存在,可能為鑄造事故。

然後我們再看一下青銅劍的情況。國內的歷史研究對出土兵器的金相分析與成分配比分析相對不夠重視,現只能將部分已做過成分分析的樣品數據羅列如下表:

先秦青銅箭鏃合金成分表(本表摘錄自《中國古代金屬冶煉和加工工程技術史》一書)

先秦青銅劍所用合金成分表(本表摘錄自《中國古代金屬冶煉和加工工程技術史》一書)

我們再對已知進行過金相成分分析的戈戟類長柄兵器情況進行整理,結果如下表:

先秦青銅戈戟合金成分表(本表摘錄自《先秦青銅戈戟研究》一文)

以上三表中如出現銅、錫、鉛三種元素含量之和不足100%的情況,為其中另含有微量的鐵、鋅、鋁、鎳、鈹等其他元素,此處不單獨列出。鋅元素對青銅合金能起到一定的有益影響,可提高鑄造中的抗氧化能力,還能提高青銅合金的延展性與彈性。鐵則為有害類元素,推測可能為冶煉工藝與提純水平不足,或在埋藏期間從土壤中滲入。

根據出土實物的數據,我們可以很直觀地發現一個有趣現象:《考工記》中所給出的「六齊」配方中的錫含量均明顯過高。除部分東周時期的青銅戈外,各類實物樣本中的錫含量均遠遠低於文中所給出的20%的標準。且東周出土青銅戈接近20%的含錫量基本由戈的刃部測出,而樣本的胡部與內部(分別為青銅戈頭不同部位的名稱)的錫含量明顯要少。造成這一情況的原因為:鑄件的冷卻過程中各個部位溫度下降不均勻,導致錫元素發生冷析出現象,並非鑄造者有意為之。因此鑄造時真正的配方應採信兵器芯部的銅錫含量配比。通過圖表,我們可以直觀地看到,青銅戈矛所採用的青銅配方為含錫量10%~15%的鉛錫青銅合金,其含錫量要遠遠低於考工記所提出的20%。

先秦青銅劍的樣本中,即使是含錫量最高的一例也不過是24.94%,勉強達到了「三分其金而錫居一,謂之大刃之齊」(還是按低含錫量模式解讀的配方比例來計)的最低標準,最低的則為14.987%。春秋戰國時期的青銅劍樣本中,含錫量基本都在16%~20%這一區間之內,以18%上下最為常見。

鑄造銅鏡也是同樣的情況,就已做過金相分析的先秦銅鏡而言,其錫含量為15.967%~25.18%,主要分布區間為18%~20%。曾有中國冶金史方面的研究者專門採用了《考工記》中提到的含錫量為33%的青銅配方實驗鑄造銅鏡,結果發現,如此高的錫含量鑄造出的毛坯根本無法進行進一步的精加工處理,一經砂輪打磨便有碎塊崩落。如果鑄造毛坯不經過粗磨、精磨等工序,根本無法形成平整的鏡面,也就無法正常使用。唯一能與《考工記》中「六齊」配方相符的,只有鐘鼎類禮樂器物了。

(上圖)青銅矛

通過對各種器物實物的金相與成分的分析研究,我們可以得出這樣一個結論:除去鐘鼎類禮器所用青銅配方外,其他器物所提出的銅錫比配方中均存在錫含量過高的情況。從指導生產的角度而言,如果直接使用《考工記》中給出的合金配方,將會造成災難性的後果。出土實物也表明,當時的生產者並沒有完全採用其記載的一系列青銅配方。

但是「六齊」配方中,鐘鼎「銅六錫一」的配方卻被真實使用。那麼是否存在這樣一種可能:現《考工記》流傳版本的「六齊」配方是早期的傳抄錯誤,或者是身為文官的編撰者因為脫離生產,對原始材料不理解而造成的記錄錯誤。「金有六齊」,即6種常用青銅配方,因為第一個用於鑄造禮器的配方為銅六錫一,文人編撰者為了行文的便利與對仗,便按照從6∶1依次等差遞減,一直寫到2∶1。工匠們所說的6個青銅配方因不利於行文,故而編纂者(或者抄錄者)出於上述原因記下了錯誤的銅錫配比。

我們在對歷史尤其是軍事歷史進行研究時,需要從文字材料出發,更要做到不被文字材料所束縛。就像對魏舒方陣的研究,杜預雖然在其對先秦軍事的研究過程中為我們留下了很多重要的資料,但是由於對先秦軍事情況不熟悉所產生的誤解,也對後來者產生了較大的負面影響。在做任何歷史研究時,我們都應該保持辯證的態度來看待前人的理論與成果,並將這些文字記載代入當時的軍事環境中,再去解讀史料中遇到的問題,方為正途。

本文摘自《步兵崛起:先秦千年步兵進化史》

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