【科普】羅馬帝國的鋼鐵工業(yè)

想做這個系列也有段時間了,之前有一篇文章講了一些羅馬冶金之類的東西,但感覺其實(shí)還是有點(diǎn)泛泛而談的感覺,所以在這里做一個新的短系列,大概也是會講得更全面一些。

礦石勘探:
羅馬人在這方面的知識很充足,礦石勘探除了可以挖一些溝渠和簡單的小礦坑來勘測以外,還可以像老普林尼所說的,根據(jù)土地形態(tài)來判斷礦的分布,甚至還能在從植物這一塊做文章。不過在鐵礦勘探這方面沒多少講究的,因?yàn)槔掀樟帜嵋舱f了鐵礦這個東西隨處可見,他舉了一個例子,他說坎塔布里亞海沿海有座很高的山,幾乎整座山都是鐵礦石組成的,而且也說鐵礦石也很容易辨別。不過老普林尼很注重鐵礦床是由于何種力量形成的,水的力量或者是土地本身的力量,并且它也說了不同的土壤中會有不同的鐵,有一些軟得像鉛,有一些則很脆,都各自有不同的用途。
UP注:插幾句,礦物學(xué)也是古典時代的一個有意思的學(xué)科,這個學(xué)科的建立者也依然是大名鼎鼎的亞里士多德,但是真正寫書好好討論這個的人是提奧弗拉斯托斯,之前我們在講農(nóng)業(yè)的時候提到過他,但是他也寫過一本叫De Lapidibus的書來闡述16種礦物并且將其歸類,老普林尼很大程度上是基于提奧弗拉斯托斯,但他的書里也有大量前人沒提到過的礦物。
有些東西還是很有意思的,老普林尼已經(jīng)有了一些沉淀結(jié)晶過程的認(rèn)識,但是落實(shí)到一些具體的方面時又不完全正確。還有就是老普林尼的時期對于礦物的物理性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)比之前都要寬廣很多。密度和硬度這些不說,甚至還有解理、刻痕,甚至是熱電效應(yīng)(比如說琥珀和電氣石,事實(shí)上現(xiàn)代英語的electricity的來源,就是拉丁語electricus、希臘語elekron)。
采礦:
這個其實(shí)也需要分類,一般來說有三種形式,1.表層采礦、2.露天開采和3.地下采礦。
表層開采:這種就是直接從地表收集零零散散的鐵礦石,算所有采礦方式里最簡單的,這種采礦方法在整個羅馬都很常見。這種方式的采礦是和小規(guī)模的、通常為家庭作業(yè)的方式有關(guān),對于軍事生產(chǎn)或者別的什么的影響是微乎其微。不過表層開采可能會發(fā)現(xiàn)更大的礦坑和礦層,能夠在之后通過露天和地下采礦作業(yè)進(jìn)行開采。
露天開采:露天開采就是羅馬帝國時期最常用的一種采礦方法,從小型采礦場到和與超大型的采礦場,各種規(guī)模的都有,最大的如在薩塞克斯郡發(fā)掘的一個公元二世紀(jì)的采礦場,總占地面積超過2.5公頃,需要清除十萬立方米的材料才能挖出來這么一個露天采礦場,還有波利比烏斯說新迦太基附近的那個礦場有4萬名工人(up注:當(dāng)然波利比烏斯本人也對這個數(shù)字表示了質(zhì)疑,認(rèn)為這4萬名工人不是所有人都是在挖礦的,肯定有一部分人算“后勤部”,是給挖礦的工人提供生活必需品的,考慮到一般礦石再挖出來后,如果不是特別缺燃料的話,一般在附近就直接給冶煉了,所以肯定也有一部分人是負(fù)責(zé)搞冶煉的,但即便這樣來講,也不是一個小數(shù)字了)。
地下采礦:地下采礦比前兩種方法都麻煩得多,因?yàn)榈V山要排水,也有礦井崩塌和吸入有毒氣體的風(fēng)險(xiǎn),還有也要考慮通風(fēng)和照明之類的。一般來說對于鐵這種“隨處可見”的東西不會用,主要也都是用于采金銀礦的。當(dāng)然,這也不是說完全就不用地下采礦的方式來開采鐵礦,比如比如凱撒在他的《高盧戰(zhàn)記》里就提到高盧中部的比圖利及人擅長開采地下鐵礦,這個也成為了他們能夠破壞羅馬的包圍工事的原因,斯特拉博也提到了很多。同樣也有一些考古的證據(jù),例如在現(xiàn)在的奧地利,在羅馬那時候是諾里庫姆行省的地方,在L?lling附近的Knicht發(fā)現(xiàn)了三世紀(jì)下半葉深度22米的羅馬礦道。
簡單來說,第一種方法不是大規(guī)模生產(chǎn)鐵的方法,而第三種方法不是常見于生產(chǎn)鐵的方法,當(dāng)然地下采礦這個,可以稍微談一下。
比如之前我在動態(tài)里提到羅馬人會用一種被稱之為ruina?montium,原理類似帕斯卡桶的靜水壓力崩掉整個礦山的做法,在山體里挖巨大的洞穴,挖出一個空腔,并且用一個通道把下面的空腔和上面的人工蓄水池連接起來,讓水從一個較高的位置往下灌入這個空腔,P=ρgh,h升得很多,所以底下的水壓就也大起來了,最后把山體給崩掉,最后羅馬人就從這些崩壞的石頭里把礦擇出來了。不過羅馬人最常用的方式還是鐘型挖礦法。
但是還是有很多細(xì)節(jié)需要注意一下的,比如說排水,比如說遇到地下河流該怎么辦,如何解決礦山的通風(fēng)和照明問題,尤其是排水這一點(diǎn),越來越多的使用各種復(fù)雜方法來解決問題。根據(jù)老普林尼的說法,羅馬那時候有一些挖得很深的礦井,恨不得住里面的人幾個月都不見陽光。
但是除了工具以外,老普林尼也提到過使用醋和火來使得燧石容易被敲碎,但是他也提到了在礦井里使用這個畢竟不是特別安全,有煙,而且還很悶熱。另外還有一種用幾十公斤的破碎機(jī)直接沖撞的,一般是用來對付粘土和礫石組成的礫巖的。
初步的礦石加工:
礦石的初步加工乃至到冶煉這一步往往都是離礦場不遠(yuǎn)的,因?yàn)殍F礦冶煉,中間會生成大量的不要的爐渣之類的廢物,所以從運(yùn)輸成本考慮,要盡可能地減少礦石的移動,直接把鐵礦給就地冶煉了。
當(dāng)然這種情況也不是絕對的,一些考古證據(jù)表明船只也會攜帶礦石比如亞得里亞海那塊就發(fā)現(xiàn)了一艘裝滿鐵礦石的沉船。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)往往是因?yàn)椴傻V地沒有足夠的燃料,比如說厄爾巴島,這個島的礦石質(zhì)量很高,但是島上卻沒有足夠的用來提供給冶煉的染料,導(dǎo)致礦石必須要送到別到亞平寧半島的本土陸地上去冶煉,那里有利古里亞山脈提供的木炭。
另外特別要強(qiáng)調(diào)的是人們普遍低估了羅馬人在鋼鐵業(yè)時的機(jī)器使用。
破碎:礦石再進(jìn)行其他的處理之前首先要進(jìn)行的工作就是破碎,這一步可以通過機(jī)器來輔助,可以使用水平軸上的簡單齒輪對來驅(qū)動這臺機(jī)器,所以也一樣能用水力帶動,用這個大圓盤里碾碎它下方放置的礦石,不過這個跟后來十六世紀(jì)阿格里科拉說的那種通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動中創(chuàng)建線性運(yùn)動以破碎礦石的機(jī)器的原理還不同。雖然早在之前的希臘時期人們就知道了這種運(yùn)動,但是并沒有把它利用在生產(chǎn)工作上。此外,水力鍛錘也在礦石破碎的這一步當(dāng)中。
洗礦:這一步的目的是初步剔除部分雜質(zhì)。
焙燒:雖然一些礦石可以在沒有準(zhǔn)備措施的情況下進(jìn)行冶煉,但產(chǎn)量會顯著降低,所以就需要焙燒這一步,比如在冶煉碳酸鹽礦時就需要通過烘烤的方式先產(chǎn)生氧化鐵,然后再一個加熱的化學(xué)反應(yīng)中,把氧化鐵搞成三氧化二鐵。同時,碳酸鹽的吸熱解離的這個過程也會去掉礦石中的水,這同樣有三個好處,增加礦石的孔隙率,也就是增大接觸面積;使得礦石更容易破碎;防止由于水迅速膨脹成水蒸汽導(dǎo)致礦石在爐子里炸開。這一步不需要木炭,因?yàn)榧訜崽珔柡瓦^度焙燒了。
磨粉:這一部分經(jīng)常是在磨機(jī)中進(jìn)行的,需要由4~6人操作,一臺這樣的磨機(jī)能夠在24小時把4噸已經(jīng)破碎過的礦石磨成粉,也就是說借助了這臺機(jī)器,每個人每小時能加工三四十公斤。




煉鐵法:
羅馬帝國時期的冶鐵還是塊煉法,也就是說鐵一直都是固體,沒有燒成鐵水(UP注:過去的一些觀點(diǎn)認(rèn)為羅馬沒有鑄鐵是因?yàn)闋t溫達(dá)不到,這個觀點(diǎn)主要是出自上個世紀(jì)八十年代的一本書叫《世界冶金發(fā)展史》,現(xiàn)在爐溫達(dá)不到這一點(diǎn)基本上就已經(jīng)被推翻了)。塊煉法的原理也不復(fù)雜,就是先把爐溫升到1200℃,讓木炭先不完全燃燒產(chǎn)生一氧化碳,然后一氧化碳與礦石中的氧化鐵反應(yīng),一氧化碳變成二氧化碳,把鐵還原(UP注:如果使用碳酸鹽鐵礦,就要先焙燒聲稱氧化鐵,然后再還原,這個在上一篇專欄里提到過了)。在這個過程中,一些雜質(zhì)會以液體的方式被去除,也有一些雜質(zhì)會作為氣體排出,也有一些雜質(zhì)會以固體的爐渣形式取出,那么在形成固體的爐渣這個過程就不得不犧牲一些鐵。在Laxton revisited: a first report on the 1998 excavations這篇中,Crew得出的結(jié)論是500kg礦石和600kg木炭在24小時內(nèi)可能生產(chǎn)出100kg的鐵胚,基于對渣堆大小的評估和鐵坯固結(jié)產(chǎn)量為60%的系數(shù),作者認(rèn)為能Laxton這地方每年能夠30噸鐵條。
燃料從哪里來:
木炭在冶鐵中有兩個作用,首先,即便是和干燥的木柴相比木炭中所含的水也是更低的,所以木炭的溫度更高;另一點(diǎn),而且在塊煉法的情況下,需要先把碳轉(zhuǎn)化成一氧化碳再與氧化鐵反應(yīng)進(jìn)行還原,而木炭正是碳元素的來源。
目前我們尚且不能從考古中得知羅馬人生產(chǎn)木炭的方法,遺存太少了(UP注:這個很正常,一方面是木炭的生產(chǎn)一般在樹多的地方,這些地方離煉鐵的地方是遠(yuǎn)的,而冶鐵遺址是發(fā)掘的重點(diǎn),另外一點(diǎn)就是木炭的生產(chǎn)也是一種流動性活動,再加上木炭的重量低,運(yùn)輸也不是什么大的麻煩事;外加這個本來就是不容易保留下來的考古遺存,而且一般木炭燒完之后燒炭的窯爐就被破壞了。這樣一看,能夠證明這個地方有木炭生產(chǎn)的唯一證據(jù)就是燃燒強(qiáng)烈并且富含碳的土壤了,可能還有一些窯襯和其他材料之類的,然而這個也不好找,富含碳的土壤往往總是因?yàn)槔绺┞冻鰜頃r,人們才會發(fā)現(xiàn)這個遺存,但是這個犁耕本身又會破壞這個遺存。此外還有一點(diǎn),木炭和篝火的考古遺存的區(qū)別也很難區(qū)分,二者都有類似的富含碳的土壤共同之處;即便拋去這些不說,這些木炭散落物的年代測定和解釋是非常有問題的,因?yàn)檫@些遺址的地層學(xué)模糊,除了檢測成本之外,還阻礙了C14測年的使用。),但是古典文獻(xiàn)里記述得很詳細(xì)。比如古希臘植物學(xué)家提奧弗拉斯托斯在他的書《植物學(xué)》說的很簡單,先把木頭削成平直光滑的料子,然后封閉窯爐。當(dāng)然老普林尼也細(xì)說過一些窯爐的結(jié)構(gòu),這個就之前提奧弗拉斯托斯說的那個東西更先進(jìn)了。
兩個方法各有優(yōu)缺點(diǎn),挖坑燒炭需要更多的勞動力,除非可以對這些燒炭坑進(jìn)行改造,也可以搞一個可以重復(fù)使用的坑,這樣還有一個好處重復(fù)用多了,那么坑壁的烘烤效果也可以防止木炭被污染,但卻點(diǎn)在于每次炭化之后,地上的夾具都會被破壞,這種方式的好處就是流動性很強(qiáng),因?yàn)閵A具的制作不難。
此外,根據(jù)提奧弗拉斯托斯的說法,最好的木炭是用常綠橡樹和楊樹制作的,而最差的是用落葉橡樹制作的,而盛年的樹木是首選。羅馬人很可能專門有用來生產(chǎn)木炭的林地的系統(tǒng),不過那個就不在本文的討論范圍之中了。
爐與冶鐵:
爐的種類也有很多:碗口爐、半球形爐、罐式爐和豎爐,其中最被廣泛使用的是作為碗口爐改進(jìn)版的容易建造且耐用的豎爐。羅馬時期的爐生產(chǎn)的鐵胚大概在5kg~10kg之間,但是在北安普敦郡的拉克斯頓也表明羅馬爐可以生產(chǎn)出非常大的鐵胚。
拉克斯頓發(fā)掘的豎爐的底部直徑為1.2~1.5m,地下深度1m,地上高度可能為2m,據(jù)估計(jì)一次可以冶煉500kg礦石和600kg木炭,能夠冶煉20kg×5次的鐵胚,這種尺寸的鐵胚只有一小點(diǎn)爐渣,可以精鐵成棒鐵,損耗只有40%,
此外對于豎爐而言,鐵胚是在爐下方的鋪砌的木炭上形成的,冶煉完的鐵胚可以直接從爐拱那里取出來,并且也不需要冷卻,換句話說就是在完成一次冶煉之后,只需要再重新修復(fù)一下爐襯就可以了(UP注:盡管鐵沒有黏在爐壁上,但是爐襯在燃燒的時候發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)而剝落了一些),就可以立刻進(jìn)行下一次的冶煉。
首先先在爐中裝一層層的磨好的鐵礦粉和木炭,木炭不完全的燃燒會放出一氧化碳,一氧化碳與氧化鐵反應(yīng)把鐵復(fù)原,生成的二氧化碳從爐頂中跑出去。鐵需要在1540℃才會熔化,但是雜質(zhì)在1135℃就會化成液態(tài),這些液態(tài)的熔渣在爐底部聚集然后被排出。而鐵只會形成半流體的滴子在鼓風(fēng)口那邊聚集,直到鼓風(fēng)口那邊形成的過大的鐵胚,阻礙了空氣的循環(huán),這就標(biāo)志著一次煉鐵的結(jié)束,一些大熔爐會有多個鼓風(fēng)口,來保證空氣流通均勻,并且作為幾個小且更加容易拿捏的鐵胚生成的核心。

加工:
直接從爐子里取出來的鐵還是不能用的,從鐵胚到鍛打成棒材,這個過程大概還會損失20%的重量,體積也會被大大壓縮,因?yàn)槿墼涂諝鈺慌懦?,氧化也會損失一部分的鐵。
首先就是要進(jìn)行錘擊,剛從熔爐里取出來的鐵很熱,但沒有到融化那個程度,而熔渣其實(shí)也應(yīng)該被加熱到熔化更夠流動的程度,這樣他們才能在錘子擊打鐵胚時被擠出。此外,鐵胚在被取出來后會被分成小塊進(jìn)行鍛造以加固,而非是整塊加固的,通過實(shí)驗(yàn)考古學(xué),可以發(fā)現(xiàn)在小塊小塊地加固,僅1個人能夠在1個小時能夠固結(jié)2kg的鐵,而一般來說鐵匠通常還至少有一個雙手掄大錘的給他打下手,效率只會更快。
但是通過反復(fù)加熱和鍛打是無法得到非常純凈含渣量低的鐵的,因?yàn)殄N擊會不斷讓鐵的表層變得更加致密堅(jiān)固,把爐渣包裹起來,等爐渣量低于5%的時候,這個方法就不怎么好用了。但是考古發(fā)掘的羅馬鐵又非常純凈,這個是怎么做到的呢?

這里有三種可能:
1.拉克斯頓豎爐這種大型冶鐵爐可能本身就可以生產(chǎn)出一些比較低渣的鐵胚,但是這個證據(jù)不夠。
2.熔爐在熟練掌握下已經(jīng)能夠降低鐵胚中的熔渣含量,現(xiàn)在已經(jīng)可以確定的是高質(zhì)量的初軋鐵是可以做到相對來說比較低含渣的。
3.一些鐵可能是通過先還原成液體的工藝制程的,這個有可能是一個廣泛應(yīng)用的過程。
但總之還有爭議。
品控:
這個還是謎一樣的東西,不太清楚羅馬帝國關(guān)于鐵的質(zhì)量的生產(chǎn)有沒有品控(UP注:對于某些材料的一些尺寸,比如板材的厚度是有品控的,但是對于鐵的冶煉的質(zhì)量這一點(diǎn)是不清楚的),也不清楚這個品控是什么形式進(jìn)行的,但是不同的東西對材料的要求是不同的,比如鏈條可能需要好鐵,而箭矢的箭頭的要求可能就沒那么大。從鐵胚到精煉鐵所花費(fèi)的時間、材料損失和材料性能之間也有存在著某種明顯的權(quán)衡,而考慮到羅馬軍隊(duì)使用的是非常標(biāo)準(zhǔn)的鐵胚,以及既然羅馬時期的貨幣有成分含量的品控,說供給軍隊(duì)的鐵器存在著某種品控倒也是合理的。?
滲碳:
滲碳也是全固體的方式,把鐵和富碳材料(UP注:例如木炭、皮革、蹄和角,事實(shí)上這些材料一直被用到20世紀(jì)。此外,通過試驗(yàn)各種混合物,一些羅馬制造商試圖生產(chǎn)出比同行更好的鋼材而在競爭上壓過一頭,這個可能也是羅馬鐵在質(zhì)量和夾渣方面差異的原因。)裝在容器中,然后密閉,防止氧氣進(jìn)入,并根據(jù)情況用800~950℃的情況下加熱,可能是幾個小時,也可能是好幾天,在加熱的過程中,碳在鐵上擴(kuò)散開來形成鋼,一般來說為了追求效率,會在薄板材上做滲碳,但是有時候也會整塊地滲碳,希望制作出中心堅(jiān)韌外表堅(jiān)硬的東西。
但是滲碳的成本是很高的,在最初3~4個小時內(nèi),吸收率為每小時1mm,但會隨著時間下降,一根9mm的棒材需要在950℃的情況下維持11個小時才能變成鋼材,本身就很長的時間且不提,這么長的時間會消耗多少的燃料也不言而喻。
直接生產(chǎn)鋼:
但是如果礦石質(zhì)量好的話,就可以直接從爐子里生產(chǎn)鋼。豎爐以1.5:1的鐵礦與木炭的配比裝料,在這個過程中,鐵會吸收碳,而吸收了碳的鐵又會降低自己的熔點(diǎn)變成液體,形成有不同不同碳含量的鋼胚,接著再把這些小片焊接成塊,再進(jìn)一步加工。
這個工藝好就好在經(jīng)濟(jì),因?yàn)榈V石中的鐵能夠更多地留在鋼胚里而不是被熔渣帶走,從考古也能看得出來用這種方式出來的熔渣里鐵的含量是極低的,說明鐵流失少,但缺點(diǎn)在于溫度,這個溫度不會讓熔渣融化,因此鋼胚里有大量的熔渣甚至是木炭,出來的鋼胚很不均勻,非常不容易進(jìn)行進(jìn)一步的工作,所以這個也是為什么后來人不用這個方法的原因了。
鑄鐵脫碳:
羅馬時期是否生產(chǎn)鑄鐵這個事情還是有待爭論的,不過也有一些證據(jù)。過去的觀點(diǎn)認(rèn)為羅馬人無法生產(chǎn)鑄鐵,因?yàn)樗麄兊臓t達(dá)不到鐵的熔點(diǎn),這一點(diǎn)還揪著《世界冶金發(fā)展史》的人應(yīng)該出來挨打了,因?yàn)檫@個已經(jīng)被實(shí)驗(yàn)考古學(xué)推翻了,1600℃很容易在封閉的爐中達(dá)到。在某些地區(qū)發(fā)掘的一些東西因?yàn)橐恍┨厥獾募?xì)節(jié)也讓人懷疑有是鑄造的可能。
坩堝法:
把小塊的熟鐵加入坩堝中,并加入一些富碳材料和少量熔渣,坩堝用黏土封閉,能夠加熱到1400℃,持續(xù)稍長的時間,鐵吸收碳變成鋼并且化為液體,并且這種鋼也很干凈,沒什么雜質(zhì)。羅馬人首推的就是這種坩堝鋼。
這個是印度的技術(shù),但是在公元三世紀(jì)的時候,亞歷山大的煉金術(shù)師Zosimos of Panopolis也闡述了坩堝鋼的生產(chǎn)。
淬火:
簡單來說,淬火就是把鋼鐵加熱到比其碳含量上限高30℃~50℃的溫度,一般是723~900℃,具體溫度取決于鋼的碳含量,并且根據(jù)物件的厚度持續(xù)保持加熱,而在這個過程中鋼鐵中的原子會移動并且形成一定的結(jié)構(gòu),然后迅速在水和油里冷卻,在迅速冷卻的這個過程中,在高溫下生成的結(jié)構(gòu)就被固定下來了。這種方法可以讓鋼鐵變得很硬,但是也會變脆,一般也要回火,但是如果淬火的器物不是那種會受到強(qiáng)沖擊反作用的物件就不用,比如手術(shù)刀之類的。
羅馬人在淬火中會使用各種各樣的液體來冷卻鋼鐵,老普林尼提到過油淬,并且表示對比較小的物件淬火時應(yīng)該用油,因?yàn)橛盟慊饡屇切┬|西過淬,另外也有用尿液、血液和醋作為用來淬火的液體的。選擇使用什么液體進(jìn)行淬火是什么重要的,取決于物件的碳含量和厚度,而使用不同的液體來淬火可能是羅馬世界里的鐵匠的一種常識。
UP注:特別要說的是,淬火過的鋼鐵未必比沒有淬火鍋的鋼鐵更有優(yōu)勢,因?yàn)閼?zhàn)爭也要看成本,不僅是制造成本,修復(fù)成本也很重要,淬火過的鋼鐵很硬,敲打起來應(yīng)力也更大,所以需要先讓它變得足夠軟再行,無論是退火還是正火,都需要先加熱幾個小時,然后再冷卻一夜,接著才開始進(jìn)行修復(fù),最后通過一系列熱處理來重新提高硬度。
回火:
普魯塔克認(rèn)為淬火能夠通過冷卻的方式變得致密,但是淬火也會讓東西變脆,所以就有通過加熱來進(jìn)行放松和軟化的回火,不過回火肯定是會損失一些硬度的,回火溫度通常在220~300℃之間,羅馬鐵匠是根據(jù)鋼鐵上出現(xiàn)的氧化膜的顏色來判斷的,220℃時是淡黃色,300℃時是深藍(lán)色。
退火:
退火就是根據(jù)碳含量把鐵進(jìn)行持續(xù)加熱,通常是760~900℃的溫度,還原到最軟的狀態(tài),一般鐵匠們會把鋼鐵埋在爐子的灰中或者其他隔熱性能比較好的材料,在熄火后讓鋼鐵非常緩慢的冷卻。主要是為了方便打鐵和消除應(yīng)力,尤其考慮到一些鋼鐵物件的生產(chǎn)是需要經(jīng)過冷鍛的,所以退火是非常重要的。
正火:
正火和退火類似,因?yàn)槎际羌訜岬较嗤臏囟?,但是冷卻時不同,退火的溫度是非常慢的,正火在空氣中冷卻,所以正火的鋼鐵比退火更硬,但是不如淬火的鋼鐵。這一過程產(chǎn)生了最大程度的晶粒細(xì)化,因此鋼比完全退火條件下的鋼稍硬且強(qiáng)度更高。
鍛造:
鍛造依賴于鐵的結(jié)構(gòu)在高溫下的變化,當(dāng)加熱超過912℃的時候,鐵素體就會轉(zhuǎn)化成更容易可塑性更強(qiáng)的奧氏體,并且奧氏體在1400℃一下都是穩(wěn)定的,而在冷卻時,奧氏體又會便會成鐵素體,因此想把一個東西初步鍛打成型,最好就是在鐵1000~1100℃這個溫度下進(jìn)行的。熱鍛很繁瑣,需要先把鋼鐵加熱到爐火中到紅熱,然后在鐵砧上鍛打,大概鍛打五六十秒又要放回爐子里繼續(xù)加熱。
除了熱處理,鍛造也能夠提高金屬的強(qiáng)度,在錘子敲擊金屬的過程中,金屬的厚度會減小,在微觀上,單個晶體會開裂會斷裂,會增加硬度而減低韌性和延展性。等到了無法變形的時候,抗拉強(qiáng)度和硬度都達(dá)到最大,而延展性達(dá)到最小時,就能達(dá)到鍛造的目的了。