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转发技术贴—— 东周青铜剑的铸制工艺 董亚巍著 东周青铜剑的铸制工艺 董亚巍著(鄂州市博物馆) 青铜兵器,是春秋战国时期各诸侯国铸制数量最大的铜器,有镞、矛、戈等,青铜剑是 其中一种。其它小体积兵器信息量相对小,剑的体积大,铸制工艺相对复杂,留下的信息量 相对大。为便于理解,本文只对剑的铸制工艺留下的特征进行范铸逻辑性推理研究。 我们看见棱角分明的战国青铜剑都是成品, 而制作这些剑的范铸工艺, 早已随着战国时 代的结束而离我们远去。一般素格素首的战国剑几何形状较为简单,两块范对合就可铸成, 这似乎是多数研究者的观点,似乎未见到对此提出异义。 剑的种类并非一样,目前出土的常规种类已不少,铸制各种剑的技术,更是工艺繁多。 从目前已发表对铸剑工艺的研究看,只是作了一些科学检测,如化学成分分析,从而知道东 周青铜剑大致的合金比例范围。 作了一些金相分析, 从而知道了剑合金的金相结构及机械性 能。但是,这些分析属于微观,都是眼睛看不见的问题,这些问题的破解,并不能解释各种 剑是如何制模、如何制范、怎样被铸制出来的。对于剑的范铸工艺研究,从制模、制范到铸 制成整剑的模拟试验太少,即使作了铸剑实验,也不一定属于战国的范铸工艺。对战国铸剑 工艺的具体操作所知太少,许多问题只能避而不谈。所以,目前对于春秋战国范铸铜剑的主 流工艺研究,基本处在起始阶段,甚至对许多种剑的具体铸制工艺研究尚未涉及,体现在剑 表面的许多问题,尚不能用科学语言进行解释。由于以上原因,这里只是将目前著者已知并 看得见的现象,采用范铸逻辑进行推理式阐述。采用考古学中对剑体各部位的称谓用图 1 表示出来,以便于理解。第一节 青铜剑呈现的范铸特征 春秋以后的青铜剑,各地都有出土,特别是战国时期的军事要塞或重镇地区,出土量明 显多。考古学中对各时期各种剑进行分型分式,从而排比出时代及文化属性。采用现代常规 的铸造学原理,对战国铜剑进行铸制工艺的研究,不能解释铜剑上的一些现象。根据范铸逻 辑推理,采用相适应的现代科技手段检测论证,可尽多得到解释。 图 2 为战国墓葬出土的越王丌北古剑, 藏安庆博物馆。此剑素格素首, 具有两个纹饰箍。 格及首的表面铸有凹铭文,铭文为一错金一错银间隔排列。从左下角 X 光片中显示的结构 可以认定,此剑的首为分型铸造后再与茎铸接。通过调查发现,凡具有同心圆的首,多是采 用了此剑的这种分铸铸接工艺,而此剑首并非同心圆,也采用了这一工艺,是因首上有铸铭 及错金等特殊工艺。再观察其它有特殊工艺的首,凡见到的皆为分铸。当有了这一认识后, 发现了许多分型铸造后与茎铸接的首。奇怪的是,有些剑是无任何特殊工艺的首,也常能在 茎部见到铸接痕。普通剑首分铸后铸接,肯定有它必须铸接的原因,不会无故曾加没必要的 工序。那么,先民为什么要铸接普通剑首?著者在相当长一段时期内,无法解释这一现象。 图 3 为两把战国剑的茎部, 上面绿色的为同一把剑茎部的两个角度。此剑是鄂州市博物馆的发掘品。 宏观上可看到的现象是, 在此剑的茎部中间, 明显夹了一块铜板, 在茎的后边,不但有子母扣式的接痕,还有一长方形的铆孔,末端缺首。下面灰色剑为宜城博物馆的发掘品,此剑亦缺首,其余部位完整。宏观上可看到的现象是,在茎部的断面上,外面包着里面的铜芯子,内外之间生长了一圈缘锈。在战国墓葬出土的剑中,常能见到缺首现象,在鄂州市战国墓葬出土约 100 把剑中,缺首者至少占 15%以上。这一现象的出现,引起了著者的关注。以上两件无首的茎有个共同点,即其末端都有接首的结构。鄂博剑的长方孔及宜博剑的铜芯,都应与缺失的首有关。 过去认为, 素格素首的普通青铜剑应是一次整铸而成, 著者甚至发表过论文阐述整体铸 剑的工艺。解释铸剑的工艺较简单,但铸出的只是毛坯,正如荀子在《强国》篇里对铸剑的 描述那样:“……然而不剥脱,不砥厉,则不可以断绳……”,这里说得十分明白,刚铸出的 只是个连绳子都割不断的毛坯,而我们见到的,却多是经过了机械加工棱角分明的剑。后逐 渐认识到,只是一小部分剑采用了一次性整铸的铸制工艺,其余皆不是那么简单。这一认识 经历了相当慢长的过程,往往是一个问题长期不能解释,但又涉及到另一个甚至几个问题, 产生连销反应后,才逐渐意识到对铸剑工艺的认识可能存在偏差,应展开深入地研究。 近年来,通过对大量出土青铜剑各部位特征的系统研究,从常规的铸造常识看,似乎较 容易解释,但从范铸逻辑看,却发现有几个问题讲不通。直至将大多数问题得到合理解释后 才意识到,长期以来,著者被相当数量战国剑表面的假象所迷惑。可以说,我们见到的战国 剑, 有相当数量不是一次性整铸的, 至少是两次或三次甚至四次铸成。 由于长期被假相迷惑,致使对战国剑的研究走了许多弯路。 下面先分别说明六个难以解释的现象: 其一, 为什么剑体上剑身与剑柄的颜色不同。 在许许多多发掘出土及藏界的战国青铜剑 表面,可以看到两种颜色(不含复合剑、全黑色剑及全绿色剑),从部颜色浅、格部至首部颜 色深得发黑, 这是多数剑的现象。 如果大多数剑从格部至首部为分铸, 采用了不同的含锡量,致使表面颜色不同,是合情合理的。但是,包括著者在内并无人认为多数战国剑是从格至首采用了分铸。既然整铸就应为同一合金,同一合金前提下,格至首部的颜色,与从部不应有如此大的差异。 其二,茎部的纹饰箍是如何制模制范的。如越王丌北古剑茎上两个纹饰箍一样,许多剑 的茎部具有这样的纹饰箍。 在这些剑的茎上, 往往能看到顺着格两边有范痕通过两个纹饰箍 直至首部。采用现代失蜡法技术铸造这种纹饰箍没有问题,但从整铸的模范关系而论,纹饰 箍上的一周纹饰细而外凸, 其余部位凹进, 翻范容易脱模难, 翻好的范难以从模上顺利脱出。其三,格部与从部接合部位的清角是如何产生的。凡表面经过加工的青铜剑,其格部与 剑身接合部位的内角较为尖锐, 现代机械将这种性质的角称之为清角。 大多数剑的从部自格 至锋有三条线,都呈现了棱角分明的加工态。棱角分明体现在两个面的从与锷(刃)的分界线 上,这两条线一直通到锋,两从中间的脊线也一样,在两从上难以看到磨痕。如果采用手工 打磨,棱角都会被磨秃。靠手工不会达到棱角分明的效果,说明大多数剑经过了铸后的机械 加工。这种加工态一直到格下的拐角,但不论采用手工打磨还是采用机械加工,也不论机械 加工是横向还是纵向,格部与从部接合部位的内角,皆不可能被加工出清角。著者曾采用范 铸技术铸制过许多青铜剑, 因是整体铸造, 铸后格部与从部接合部位的内角始终达不到清角,或呈现钝角,或因格与从的厚度差别大而出现内角凝固时收缩成凹槽。其四,茎上的铆钉起什么作用。在一些剑的茎部,可看到明显的铆钉,如湖北望山一号 墓出土的越王勾践剑就是一例。 勾践剑的铆钉是在靠近首的茎部, 而有些剑的铆钉却在靠近 格的茎部。从剑的结构而言,有同心圆的首多是与茎铸接的,既然铸接,再上铆钉起什么作 用不得而知。格与从多为整铸,那么,整铸的茎上靠近格部的铆钉就更无法解释其作用。既 然存在铆钉,必然有其存在的必要性,这一问题,长期以来得不到解释。其五, 剑脊的凸线是怎样加工出来的。 有相当一部分剑的脊部凸起一条直线从格下至剑 锋,其剖面如同切开的一个很小的半球。图 4 为假设用轮子横向磨削这种剑体的设想图,很 明显,横向磨削行不通,轮子必然会将脊部凸起的线磨平,况且轮子的直径与剑宽的比例应 远比图中轮子大。通过设想图可知,铸剑后横向加工后,是不会留下我们看到脊部凸起一条 半圆直线的剑。其六,棱角分明的锷部是怎样磨制出来的。多数剑的锷与从接合部位,在剑身两个面会 出现从格至锋棱角分明的四条线,很少看见线条有弯曲现象。铸后靠手工打磨,难以达到如 此规整的程度, 应当是采用了某种类似砂轮的机械设备磨削而成。 图 5 是假设剑体整铸后纵向磨削加工的工艺分析设想图从图中可知,凡一次性铸有格的剑,不论是宽格、窄格或纹饰格,既使将轮子的磨削面制成弧形,都会由于格与从之间有内角,且格高于从,致使轮子不可能磨到格与从的内角处。在这三种格中窄格一般较直,宽格及纹饰格都存在孤形,不但顺着从的表面有孤形,格的立面亦呈孤形,显得中间宽两边窄,甚至有许多剑从刃口看,格的中间朝剑身方向上翘,如图 6 所示,中间凸出为尖状,造成下面内角的角度小于 90 度。如越王勾践剑等一些铭文剑、 纹饰格剑及一些宽格剑等, 其格部中间多属于这种上翘向剑从方向的格。这样的几何形状,即使将磨轮转 90 度横向加工,也不可能磨得出小于 90 度的清角。 第二节 青铜剑的铸制工艺 基于上面的问题,经对发掘品中各种不同形状的剑作对比研究,采用范铸逻辑学原理,从中找出了规律, 亦找出了各种范铸工艺造成的现象产生的必然性。 下面分别说明新的研究发现,以及突破性的新认识。 过去, 著者只注意到了同心圆剑首不易与茎部实现整铸, 从而提出了凡具有同心圆首的剑多为三段铸接。对于铸剑工艺而言,这里存在一个首与茎的铸接关系问题,即首与茎是怎样接合的问题,却忽视了格与从的关系,即格与从是整铸还是分铸的问题。由于格与从的内角宏观上不易发现有接痕,一般又无格与从是铸接的概念,所以,不会轻易想到格与从之间存在什么关系,也没有注意观察是否铸接,一直以为格与从是整铸。明显铸接的剑偶尔也能见到,但毕竟是少数,所以,认为大多数普通剑是一次性整铸,这才是造成以上问题无法解释的根本原因。从以上所述这些现象的逻辑性可以认定, 剑体如果采用了机械加工, 加工时就不应有格存在。如果格与从整体铸造,就不可能采用机械加工。两者之间,只能占其一。为解释战国剑的铸制工艺及解决这一矛盾,必须带着以上问题去观察发掘品。 当有了这些认识之后, 再带着问题去观察出土的战国青铜剑, 却发现绝大多数剑身与格部的内角,宏观上看不出有明显的接痕,只是感觉到多数剑的格与从之间的内角似乎有缝,观察了许多宽格剑都如此, 始终在有缝与无缝之间长期不能定论。 当对多种发掘品的剑进行观察时,终于在一把窄格剑上找到了铸接痕,说明此剑的格为后铸接,是先铸一个无格有内茎的剑身,并磨削加工完成以后,再铸接格及外茎。也就是说,我们看到的相当数量的剑茎分两层, 有内茎较细, 与剑身为整体, 铸接格时茎外又包了一层茎, 我们一般只能看到外茎。 这一发现,是对铸剑工艺的一个重要发现,从而揭开了对春秋战国铸剑工艺的新认识,亦逐 渐解决了一个个多年不能解释的老问题。 图 7 为战国墓葬中出土的窄格剑,藏鄂州市博物馆。此剑有锈蚀、有裂缝,正好从格部 裂开。从裂开的格部缝中可清楚看到茎内有内茎与从为一整体,格及筒形茎为铸接,即此剑为两段铸接。 之所以能看到里面的原始内茎, 是因原始的内茎与后铸接的外茎之间生长的锈包,锈包越长越大,终于将后铸接的外茎顶破,形成了一个结构剖面。如果内外茎之间没有锈蚀及开裂,很难发现此剑的茎部为铸接。再观察其它窄格剑,又发现两把战国墓葬中出土的窄格剑,也是铸接格。 这三剑的发现,基本解决了这几把剑的剑身加工问题,说明铸剑时只铸了有茎无格的剑身,在无格的剑身上进行纵向及横向磨削加工,什么问题都不存在了。当将剑身两个面都加工完成后, 再将剑身夹在格范中铸格及外茎, 这应是战国青铜剑的一种范铸工艺。但是,由于见到有明显铸接痕迹的标准器太少,解决了窄格剑的铸制工艺,并不等于宽格剑及纹饰格剑也都采用了相同的铸制工艺。按常理推论,窄格剑能铸接剑格,宽格剑就更应该铸接剑格。因在对大量宽格剑及纹饰格剑进行观察时,没有见到明显有缝的格,宏观上暂不能确认是否分铸后铸接宽格。 后考虑到, 如果宽格剑与窄格剑一样都采用了分铸铸接工艺,最有效解决问题的办法,是找一个宽格剑残件将其剖开,能看到内部结构才能说明问题。著者在民间寻找宽格及纹饰格残件,希望能从中找到答案。 图 8 为在民间采集到的一个战国纹饰格剑的残件, 此残件正好有剑身剑格及剑茎, 总长 约 6.5cm。宏观观察,此件浑然一体,从部生成了浅绿漆古,格稍黑,茎与格整铸无疑,格与从亦似一次铸成, 只是茎内插入一截八方形红色铜料不知起什么作用。 红色的八方形铜料为断茬,不知未断前的长度是多少,与浅绿色的从部形成了鲜明的色泽对比。不知红色铜料是铸后插入还是嵌在范中铸入,假设是铸后插入,八方形铜料一周并无缝隙,似不大可能插入;假设属于嵌在范中铸入的,除非八方形铜料在范中四周悬空,否则八方形铜料以外的部位就没有铜液充型的厚度,因此也不大可能嵌铸。按照常规的铸造工艺,怎么解释都不通,为查清此铜料插入格中的目的,以及怎样插入格中,也为查清铜料与格是什么关系,采用 X射线对此残件作了探伤检测。从 X 光片中,看到格与从为整铸,并无分铸痕迹,插入的八方形铜料只能看到格与茎有明显界线, 而插入的深度却不明显。 这是由于纹饰格中间厚度大,格与从是叠压关系,X 射线无法拍出缝隙,胶片上就不能成像。那么,这张 X 光片没有解决疑难问题。 通过对此残件的观察研究,发现从部加工态明显,格与从接合部位的内角尖锐,机械加工及手工打磨均不可能实现,从范铸逻辑学角度,认定此纹饰格没有与从整铸的可能。如果是铸接,由于从部经过了加工,铸接后有可能看不到接痕。我们将纹饰格加热,使之逐渐得到体积膨胀,将从部夹牢在虎钳上用木料垫着格部敲打木料,敲打了相当一阵子后,发现似乎有松动,继续敲打,逐渐慢慢将纹饰格从从部退了下来。至此,一个对铸剑工艺新的认识得到了证实。 格被退下来后, 发现纹饰格内生长了一些紫色的类似云母闪闪发亮的硫化亚铜,并且纹饰格再也安不到原来的位置了。 图 9 上面为上述残剑经加热后逐渐脱开格的图。由于被铸入到格内部的剑身及茎被长期封闭,剑身末端在格内的表面与格外表面生成了截然不同的色泽。因受 2000 多年的埋藏,暴露在外的剑身表面生成了一层浅绿漆古, 被铸入格内部的剑身及茎却基本保持了原始铸态层,只有红色的十分轻微的锈层,致使未退格之前被误认为是两种不同的合金,这也是误认为格中插入了八方形红铜条的原因。 站在范铸逻辑学角度看待战国剑的成品, 可以认定有相当数量的剑呈现在我们面前的是个假象,其真象当为铸剑时整个剑体只铸有平直的从与茎,而没有铸格及首,铸后先进行磨削加工,加工完成以后,再将剑身夹在范中浇铸格、茎、首。 如下面线图中所描绘的那样,铸成无格的剑身后,轮子纵向加工,可留出中间的脊,横向加 工,可开刃口而不伤及格,因此时尚不存在格。在绝大多数剑的锷(刃)部,可看到横向加工 留下的磨痕,看来青铜剑大多应先经过了纵向加工剑从,当从部加工完成后,又经过了横向 加工开刃,再铸接茎部(一次整铸的剑除外)。铸接茎部不一定包括首,亦有相当一部分剑的 首为铸接。这样看来,有相当一部分剑不是一次铸成,而是铸造两次、三次至甚四次。至此 才认识到,在图 3 的茎中夹入的铜板,其实是与剑身为整体的茎,外面为后铸接的外茎。如 这样的剑并非孤例,鄂州市博物馆就有两例,在其它处也曾见到过。图 10 为另一把残剑茎部的两个角度,此剑同心圆首、纹饰格,茎残长约 12cm,此剑亦 为纹饰格,其格部的宽度只有约 4cm,通体黑漆古色。当时托藏界友人找此残件的目的,是调查同心圆首是否为铸接,在此剑的茎部两个绿色箭头所指范围内,可清楚看到两条接痕。由于不是一炉铜液所铸,铸接范围内的颜色也与其它部位明显不同。由此可以认定,此剑同心圆首为铸接无疑。这一标本在著者处放置多年,并未发现从与茎也为铸接。当带着以上问题再观察此残件时, 由于格的一个侧面有破损, 正好又形成了从部被铸入格中的一个局部的剖面,在两个红色箭头所指之处,为格两边包着从的两条缝,可看到这把剑的从部被铸入纹饰格中明显无疑。至此始知,此剑原本是四段铸制而成。上述发现与认识,是经过了漫长的岁月,在长期解释不了格下的清角前提下,才逐渐认识到问题的。而摆在我们身边那么多出土的战国青铜剑,有许多是痕迹清楚的,只是著者当时没有这些范铸逻辑的概念,往往是熟视无睹,即使看到了明显的痕迹,也会因没有理解而忽视它的存在。目前只是对三把窄格剑及两把纹饰格剑的发现与认识, 是否绝大多数剑都采用了与以上相同的工艺铸制, 还需要对更多的素格剑发掘品进行观察与研究。 经查阅资料, 发现近年贵州普安铜鼓山遗址出土有战国陶质剑茎模与石质剑身范, 说明 茎与从有分开制模、制范的现象。既然战国时期的边远地区尚且如此,中原地区更应分铸。 查阅侯马东周铸铜遗址资料,只见到一个格部的范残块,从此范的宽度看,也应只是铸接格 用的范。 第三节 采用科技检测铸剑工艺 通过对上述战国剑的研究认识到, 春秋战国的青铜剑从几何形状看都差不多, 但却有许 多种铸制方法,不能一概无论。凡具有同心圆首的剑,其首多为与茎铸接,极少数也有插接 的首,有茎插入首的中心孔中,亦有非金属首插入茎中。观察茎部,常可看到铸接痕,有些 甚至可看到铆钉。凡铸后剑身经过加工并与格存在清角的剑,其格都有后铸接的可能。检测 格是否为铸接本十分简单,通过机械方式将格退下来即可。但这属于破坏性操作,不能对发 掘品进行这样的检测论证,只能在无损前提下进行。因此,我们采用了现代工业中普遍应用 的渗透探伤技术进行检测。 现代科技检测技术种类较多,都有独到之处,但也都有局限性。在图 8 中,之所以 X射线能拍摄出茎中有茎,是因为外茎开裂减掉了一层厚度,否则也难以拍出内茎。格部是两个斜面,X 射线无法对准铸接的缝隙,所以,X 片中看不出格内的结构。在现代金属加工行业中, 为检测加工质量, 会根据具体情况采用各种科技手段进行探伤检测。如 X 射线、CT、核磁共振等检测技术,渗透探伤是其中一种。渗透探伤技术是一项成熟技术,常被应用于对压力容器表面裂缝的检测。压力容器属于危险品,直接涉及使用者的生命安全,其制造质量由各级质检部门层层把关,渗透探伤检测者,与压力容器制造者一样属终身责任制。对其径间质量的检测,采用 X 射线,对其表面的检测,即采用渗透探伤技术。这是一种无损检测技术,对被检测件不造成破坏。 2007 年 2 月 13 日,采用上述无损渗透探伤技术,对八把不同形状不同尺寸的春秋战国剑进行了检测,检测结果,其中六把剑显示出格部为铸接。其操作较为简单,将清洗济喷涂在被怀疑有铸接处,即格与剑身接合处的内角,将该处清洗干净,干燥后喷涂一层渗透济,被喷涂处变为紫色, 十分钟后喷涂清洗济将表面看得见的紫色渗透济尽量清洗干净, 再待干燥后喷涂显像济,所喷之处立即变为一层白色;数分钟后,凡有铸造缺陷处及有缝隙处,表面虽被清洗干净,涂显像济会被显现出来呈现紫色。渗透济的渗透性能比煤油强劲,既使眼睛看不到的缝隙,渗透济皆能渗入到底。当确认检测结果后,可用清洗济将紫色渗透济清洗掉基本可以恢复到未检测前的本色。如图 11 左边剑的格与从的内角显示出一溜紫色,说明此处有缝隙, 其余紫色处皆为铸造疏松区; 右边剑的格与从的内角显示出一溜未变的白色,说明格与从之间无缝。采用这种无损检测技术,通过上图中两剑的检测对比,有缝与无缝一目了然。
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