瘊子甲科学价值之新探

  “ 瘊子甲’ ’ 科学价值之新探木( 南昌大学机电工程学院,南昌330031)卢险峰摘要:通过重新学习、完整领悟有关我国古代锻甲的文献记载及其产品的图文信息,阐明我国宋代的冷锻瘊子甲不仅是古代冷压成形的典型制作,还更是一项既有技术又有科学性的成果实例,指出沈括不但是一名颇懂专业的科学家,还是一名反伪科学的科学家。精准返原与更新评估“ 瘊子甲” 的科学价值,应该具有很好的历史作用与现实意义。关键词:工匠冷砧;其始甚厚; 冷锻; 三分减二; 伪为瘊子New expl oranon On“ T讧Onkeys armOur’ ’ sci enti fi c val ueLu Xi a疵ng(schoolofMechamcal 雏d El ∞...

  “ 瘊子甲 科学价值之新探木( 南昌大学机电工程学院,南昌330031)卢险峰摘要:通过重新学习、完整领悟有关我国古代锻甲的文献记载及其产品的图文信息,阐明我国宋代的冷锻瘊子甲不仅是古代冷压成形的典型制作,还更是一项既有技术又有科学性的成果实例,指出沈括不但是一名颇懂专业的科学家,还是一名反伪科学的科学家。精准返原与更新评估“ 瘊子甲” 的科学价值,应该具有很好的历史作用与现实意义。关键词:工匠冷砧;其始甚厚; 冷锻; 三分减二; 伪为瘊子New expl oranon On“ T讧Onkeys armOur sci enti fi c val ueLu Xi a疵ng(schoolofMechamcal 雏d El tri calEn百nee血g N髓chang uni V铘i 劬N锄chg 33003 1)Abs仃act:By佗-l e锄觚d compl ete llnder咖ding abtme锄ci %t Chi l l a fo嚼ng of the lite枷柚d i nfonn撕onon p刚ucts,and e) 【poundcd that Chi n甜ssong dyn硒ty col d f.o唱i ng Monl ceys缸mour i s not onl y t11e锄ci entcol d-press formi Il g typi cal producti on,al soi s a i Il stance nl ere are both techni cal and sci enti fi c achi eV锄ents,and po缸edout that Shen l ( ua dont( 1ui teundl 强mmd but a pmfessi onal sci e而s协,i s al so a sci %ti stagai nst ps即dosci en.Accurate t0 retIl m tl l eori gi nal 锄d updated勰sessmt” Monkeys卸m叫一sci %ti fi c Val ue,shoul d h硒good hi stori calrol e柚d pr∽ti calsi gni fi cance.1( ey words:craf tsman col d卸Ⅷ,the be萄衄i ng i s ve巧也i ck c01d fbr苗ng,three IIl i nus two,pseudo as舢mkeys引言现今,论及铠甲,基本上尽人皆知:古代战士防身的铁甲这类金属防身器具,均是金属塑性成形或叫锻压产品。自古以来,人类制造出了很多种铠甲,包括为国人熟知的《梦溪笔谈》【l 】中的冷锻瘊子甲。如果从铠甲身片成形方法的角度来看,可将它们分为以下类型:最晚有出现在公元前6世纪凯尔特人用小铁圈编织的铁镰衣,到后一世纪用较粗铁圆环相互连成的铠甲,又经历古希腊的整片铠甲、 古罗马的鳞片铁甲,再到公元8世纪有阿拉伯人制造的锁子甲,直至公元10~11世纪我国宋代的瘊子甲,与明清时代的锁子甲( 铁布衫) ⋯ ⋯ 品种甚多。在如此诸多的古代铠甲中,我国的瘊子甲却独树一帜。我国北宋时代,先见有朝廷下令冷锻生产的官文,后见有科学家、政治家沈括【2】( 1031~1095) 的详细载文。在沈括那部涉及诸多自然科学内容以及社会历史现象的著作《梦溪笔谈》中,有一文 瘊子甲 ,非常精准地记载和论述了瘊子甲的性能与特点、工艺和原理、以及对当时社会的制伪手法及其批评。然而,迄今,人们对 瘊子甲 的认识尚属表面性、一般性,并非全面深入,对其评价也欠专业性、科学性,甚至存在有不少误解以及重大忽略,实在令人遗憾。为此,有必要重新学习认识与评价 瘊子甲 。1 瘊子甲 原文与译文依据新近出版的中华文明五千年丛书中的《梦溪笔谈》阳1一书,其中这一篇名为 瘊子甲 的文章,仅225个字( 包括了标点符号) ,实为一段,是为原文。经过重新学习领悟,笔者将其古文翻译成现代汉语,分成三个自然段,是为译文。瘊子甲( 原文)青堂羌善锻甲,铁色青黑。莹沏可鉴毛发。以麝皮为绪旅之,柔薄而韧。镇戎军有一铁甲,椟藏之,相传以为宝嚣。韩魏公帅泾原,曾取试之,去之五十步,强弩射之不能入。尝有 作者简介:卢险峰,男,1942年生,江西吉安人,南昌大学机电工程学院,教授,研究方向:材料精密冷压成形,最优化理论工程应用,收稿日期:xxxx谢啦;修订日期:xxxxm嗽- l - 一矢贯札,乃是中其钻空,为钻空所刮,铁皆反卷,其坚如此。凡锻甲之法,其始甚厚,不用火,冷锻之,比元厚三分减二乃成。其末留箸头许不锻,隐然如瘊子,欲以验未锻时厚薄,如浚河留土简也。谓之 瘊子甲 。今人多于甲札之背隐起,伪为瘊子。虽置瘊子,但元非精钢,或以火锻之,皆无补于用,徒为外食i 5而已。瘊子甲( 译文)古代中国羌族( 我国少数民族之一,主要分布在今川、甘、青、宁一带) 一个分支的青堂( 又青唐,吐蕃域名,故址为今青海西宁市) 羌人很会锻造防身器铁甲。锻出的甲片颜色青黑,表面光洁、明亮如镜,可以照得见人的皮毛和头发。铁甲用麝皮作为带子并通过甲片上锻后钻空的小孔串札起来,整体柔薄且又坚韧。镇戎( 军、州名,所辖境域位于今宁夏固原一带) 军的官府中有一副铁甲,珍藏在柜子里,作为宝物相传。韩魏公为泾原( 今宁夏有泾原县) 地区守帅时,曾取拿出来试验过:在距离铁甲五十步开外,用强弓开箭,箭皆射不入甲;曾经有一支箭倒是射透了甲片,可走过去一看,原来是射中到穿带子的孔眼中,箭头被钻空的孔眼所刮削,铁都反卷起来了,可见其坚韧之程度。各种锻制铁甲的方法,开始时均取很厚的料块,不用火烧加热,而是拿冷铁直接锻打。反复不断地冷锻( 推断其变形工艺为现代金属塑性成形中的镦锻、拔长、中间压扁及辊轧等之雏形) ,锻到比原来的料块厚度减少至三分之二时,才算锻打成功。并且,在靠近甲片的四周位置还各留有形如筷子头状的一块不予锻到( 推测在锻打过程中它还起夹持作用) 。骤然一看,象似人体皮肤上长有突起的疣疮,此可用来检验锻打前后的厚薄,如同在疏浚河渠时留下来测量原地面高度的那种土柱包。这种铁甲便称之为 瘊子甲 。现今( 应指作者生平晚年居筑在今江苏镇江之梦溪园著书立说期间,其所撰《梦溪簟谈》成书于公元1086年的北宋时期[ 3] ,人们也在造铁甲,可大多仅是在甲片的背部做成突起的块状样,假冒瘊子。有的虽然有瘊子,但原本不是用( 优质低碳钢) 的精钢,而是用( 质量较差) 的普钢( 也许是当时江南地区炼出的不及西北地区炼出的更适宜锻甲的钢) 去锻制的,或者是用火.2一烧加热的方法锻打制成的( 即是用热锻代替了冷锻) 。所以,此类铁甲,它们全不具有真正的防身功能,其用途充其量只能是作为外形相似的一种装饰品罢了。2瘊子甲原文及相关信息解读2.1原文归纳结合图片,解读 瘊子甲 原文,故译文将其分出三个自然段。归纳各段的范围、主要内容与段落思想是:第一段, “ 青堂羌善锻甲,铁色青黑,莹沏可鉴毛发⋯ ⋯ 强弩射之不能入⋯ ⋯ 其坚如此。” 精细描述了瘊子甲的外形结构特征和内在功能特点;五了一第二段,“ 凡锻甲之法,其始甚厚,不用火,冷锻之,比元厚三分减二乃成⋯ ⋯ 谓之 瘊子甲 。” 准确阐明了瘊子甲的冷锻工艺过程与变形规律原理;第三段, “ 今人多于甲札之背隐起,伪为瘊子。虽置瘊子,但元非精钢,或以火⋯ ⋯ 徒为外饰而已。” 记载了当时的假冒伪劣瘊子甲制作手段及对这种伪科学现象的尖锐批评。2.2官文记载其实,最晚在北宋中期,对我国少数名族中的羌族,能以“ 冷锻” 方法制成坚韧的铁甲钢甲,并有对于这种防身器功能及制作说明,还可见有关官文记载。此一记载比沈括的记载要早二十多年。据《续资治通鉴》卷一百三十二,载北宋仁宗庆历元年( 公元1041年) 五月甲戍太常丞集贤院签书陕西经略安抚判官田况“ 上兵策十四事” 载Ⅲ:“ 工作器用,中国之所长,非外蕃不可及。今贼甲皆冷锻而成,坚滑光莹,非劲弩可入。自京赍去衣甲皆软,不足当矢石。⋯ ⋯ 今请下逐处,悉令工匠冷砧,打造钢甲⋯⋯。”2.2图片解读百度搜索 瘊子甲 ,最先入眼帘的就有古代北宋时期冷锻瘊子甲片的出土照片,参见图l ul。从图中可很清晰地看出其铁甲的形状大小、瘊子的高矮与比例、以及为用麝皮为带子串札用的钻空小孔。图2为北宋西夏军装备中的_些瘊子甲防身器文物呤 。西夏朝代为党项拓跋氏所建, 首都为兴庆府( 今宁夏宁川) ,居民有党项羌、汉、藏、回鹘等族,最盛时辖二十二州,包括今宁夏、陕北、甘肃西北部和内蒙古一部分地区,共历十帝,凡一百九十年旧。。从图示中至少可以领悟各种瘊子甲在北宋时期的广泛生产、应用,尤其是对西夏军、西夏王朝社会所起的作用。图l 宋代冷锻瘊子甲片出土照片Fi g.1The song dynasty unearthed photos of col d fbrg-i ng Monkeys annour图2西夏军装备中的瘊子甲Fi g.2Xi )【i a amy of MoIl keys annour3瘊子甲的科学技术意义3.1科技意义很多文献对瘊子甲的科技意义和价值作过很高评价n。41,但均是一般意义上的认识。通过重新学习领悟,可从学术层面的高度,归纳出如下科学与技术评价。1) 从冶金学的角度, 瘊子甲 “ 科学地说明了所谓瘊子甲上留有瘊子的冶金学意义。原来瘊子的目的,是在表示锻前和锻后厚度的差别,用实物记下冷作的强度,和今天欧美人用缩减数来表示冷轧钢经过冷作程度是一样道理[5】o 2) “ 现代科学实验表明:一般金属的冷加工形变量小于6070%时,形变量越大,强度性能越好;而形变量过大,则脆性急剧增加。 瘊子甲 中 三分减二 的形变量,大体上符合这个冷加工硬化规律” 哺1。3) 从研究锻压史出发,今也有人将 瘊子甲 中“ 比元厚三分减二乃成” 称之为塑性成形中的“ 形变量控制律” ,并认定属世界上最早的金属塑性理论,比塑性条件中Trasca( 屈雷斯加) 准则要早800多年⋯ 。4) 从现代金属塑性成形学角度,簟者认为: 瘊子甲 中的锻甲方法应该是金属塑性成形中的两种基本工艺一一冷镦粗、冷型锻,以及其相应的工艺参数一一镦粗率、压下量的定义或内涵之最早提出与发明处旧1。显然,它建立了冷锻工艺学中工艺参数方面的一种真知识。后人只不过给出了镦粗率、Ⅳ一Ⅳ占。=二二卫=× 100% 及 压下 量“月o?心=饥一办=二办的符号表示而已。。35) 现代金属塑性变形理化学基础中,首先是从金属再结晶温度划分出冷塑性变形与热塑性变形两大类旧1。金属的冷、热压塑性成形,即为冷压( 冷锻) 、热压( 热锻) ,相对于其它成形加工有共同的优缺点,但它们之间的优越程度及存在问题的严重程度是有很大差别的。这种差别主要表现在变形本质、工件质量与环境质量三大方面 ⋯。 瘊子甲 一文中描述锻甲之法的“ 其始甚厚,不用火,冷锻之” ,以及制伪瘊子手法中的“ 以火锻之” ,清楚无误地不仅表明青堂羌人很会冷锻甲,而且更表明该文著者沈括精明冷锻硬化与热锻软化有本质不同,可称之谓金属塑性变形理论中理化学基础的奠基者。3.2墓尬一些误评与漏评∥。迄今为止, 大多评价或赞誉我国古代锻甲的文献往往没有介绍 瘊子甲 全文及相关图片,或很多人没有阅读到或未细读原文( 包括图片) 。于是,出现过对瘊子甲的描述、介绍乃至评价中的一些不很专业的误解、误读及误评,其主要表现有:1) 对瘊子甲形状的描绘方面根据 瘊子甲 全文与出土文物照片,对甲片结构的正确图形应绘成如图3所示。其外形基本对称,且左右稍带凸圆弧状;瘊子均有4个,也处 对称分布;瘊子本身非圆形也非矩形,多为圆滑相接,更不是处于甲片的边缘上。唯有瘊子甲上的这些特征方能与冷锻变形规律相适应或相吻合。因而,那些解释或译成有如筷子头一样大小的瘊子,以及将瘊子画成圆球形、长方体形还置于甲片边缘上,和将甲片画成上下圆弧乃至左右稍带凹弧形等的描绘,等等,都是对冷锻瘊子甲及其形状特征的不很专业、欠缺正确的理解。图3瘊子甲冷锻件示意Fi g.3 Monkeyswere a col d fl o蟛ng part2) 对瘊子甲科技性方面的误判今人中还有对沈括的评价存在有欠准确之处,说他有些不知道冷锻瘊子甲之所以然,如不懂材料呀,也不懂得工艺云云。显然,这是一种误读与误导。因为只要仔细阅读品鉴“ 瘊子甲” 全文及相关文物图片,便能清楚这种评论很是偏颇。从专业角度上来看,描叙冷锻甲的方法,用“ 其始甚厚,不用火,冷锻之,比元厚三分减二乃成。其末留箸头许不锻,隐然如瘊子,欲以验未锻时厚薄” ;而揭露伪瘊子甲的手段,用“ 于甲札之背隐起,伪为瘊子。虽置瘊予,但元非精钢,或以火锻之” 等,这是不懂材料不懂工艺的人描述与归纳不成的,也是不具备金属塑性成形理论的任何著者决无可能描写得如此精准无暇的。还有,依据上述对冷锻瘊子甲的科技意义的评论,可以对较长期存在的那些认为中国古代有技术而没有科学的论断作出否定,至少是他们有意或无意忽漏了瘊子甲这一重大科技成果之事实。3) 对沈括的一大漏评笔者至今见到的那些对 瘊子甲 的评价资料,几乎皆将其原文的最后两句( 即译文的第三段) 给忽略了。上已述及, 《梦溪笔谈》著者沈括在 瘊子甲 一文的最后两句,线.代的这种假冒伪劣产品,揭露了山寨瘊子甲的一些方法,并严厉地批评嘲讽为“ 徒为外饰而已”的结果。对沈括所揭露的制伪甲昀方法可解读出有三种:一是将分别备好的块状样瘊子与平板甲身两者捆扎起来而成的伪为瘊子甲,压根儿没有冷锻或锻打;二是原材料未用优质的精钢,而是用的质量较差的普钢,或是在其它地区炼出的不如西北地区炼出的适宜冷锻的钢;三是工艺上为火烧加热,即用热锻替代了冷锻。显然,当时要造出与“ 羌善锻甲” 形似性异的瘊子甲,不外乎也就是如此三种制假方法。由此可见, 瘊子甲 一文对当时的这种假冒伪劣是揭露得非常全面和深入的。据此,今人至少能从专业层面清楚地看得出: 《梦溪笔谈》著者沈括,不仅是既知晓瘊子甲的结构、一般产品结构设计知识,又懂得钢铁材料、锻造工艺技术,还深明金属塑性成形原理,这样一个名符其实的伟大科学家,而且一还能客观公正地评价出他还是一位勇敢反伪科学的科学家。5结语通过以上分析探讨,可以有以下结论:1) 冷锻瘊子甲是科技含量很高的工业产品,不仅对当时的经济社会经发展尤其西夏王朝的历史作出过很大贡献,也为那种认为中国古代有技术没科学的论点提供了反证据。2) 《梦溪笔谈》著者沈括是我国北宋时代科学家,他撰写的“ 瘊子甲” 一文、俱生及总结的冷热锻、三分减二及瘊子理论为现代金属塑性成形理论的建立奠定了理化学基础。3) 古代有出现假冒伪劣产品和山寨制作,可即时就有真实揭露和无情反对者。沈括的反伪瘊子甲行为,证明他还是一位勇敢的反伪科学的科学家。参考文献[1].( 北宋) 沈括著.梦溪笔谈[ M] .北京:中央民族大学出版社,2002[ 2] .辞海[ M] .上海:上海辞书出版社,1999[ 3] .瘊子甲.百度百科c 2013Bai du 【4] .祝慈寿.中国工业技术史[ M] .重庆:重庆出版社,1995[ 5] .李恒德.中国历史上的钢铁冶金技术[ J ] .自然科学,1951卜7) :10一16【6] .北京钢铁学院编.中国冶金简史[ 蛔.北京:科学出版社,1978[ 7】.李维先.我国古代锻压技术初探.锻压技术,1981( 4) :273l[ 8] .卢险峰.古代冷压技术典型制作[ J 】.精密成形工程,2012( 1) :8688【9] .俞汉清、陈金德编.金属塑性成形原理[ M] .北京:机械工业出版社,1999[ 10] .卢险峰、李湖峰、戴源德等.略论冷压成形之本质特征及技术构成【J 】.南昌大学学报( 工科版) ,20l O( 32一1) :8288作者简介:卢险峰,男,1942年生,江西吉安人,南昌大学机电工程学院,教授,研究方向:材料精密冷压成形,最优化理论工程应用。El l l a_:Ixfncu@163.c伽.联系电线.

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