金屬的使用，標志著人類文明進入了一個新的階段。在世界的古代文明中，無論哪一個地方，最初使用的都是銅器，然后才進入鐵器時代的，中國也不例外。

一、中國古代的銅錫合金工藝

在中國古代，銅經(jīng)常是以自然銅的形式出產(chǎn)的，這種純銅經(jīng)過成型加工工藝，即可作為器具使用。由于這種銅質(zhì)比較軟，雖然可以用來制作裝飾品，但卻不能用來制造武器或生產(chǎn)工具。為了提高它的硬度以利于鑄造，古代中國采取了在銅中摻進其他金屬以得到銅合金的工藝。

銅合金中最普遍的是銅和錫的合金，青銅器就是用這種合金制成的。當然，除了錫以外，有的青銅器還含有鉛。雖然中國最近也發(fā)掘出了據(jù)認為是純銅器時代的遺物。不過，關于這方面的研究，尚處于探討階段，歷來的研究對象都是青銅器。

在中國，青銅器的使用始于殷代。第二次世界大戰(zhàn)以前，以殷墟遺跡為重點，發(fā)掘了許多代晚期的銅器。戰(zhàn)后，在鄭州的殷代中期遺跡中，又有大量的發(fā)現(xiàn)。另外，在河南省偃師二里頭的遺跡中還發(fā)現(xiàn)了少量的殷代早期的青銅器，一般認為，殷代在它的初期就已經(jīng)進入了青銅器時代。

二、殷代中期，中國的青銅技術產(chǎn)生了進一步的飛躍

有的中國學者認為中國的青銅器時代可以追溯至距今四千年前的古代，但我覺得這個年代估計得似乎太早。在出土的青銅器中，雖然有箭頭、戈戟等武器和一些生產(chǎn)工具，但是一說到殷代的青銅器，人們所想到的還是那些令人目驚奇的祭祀器具。這些器具表明了殷代文明是把祭祀作為政治的中心內(nèi)容的。從殷墟發(fā)掘出的像司母戊鼎這樣巨大的青銅器，戰(zhàn)后又在鄭州遺跡中發(fā)現(xiàn)的非常精美的大方鼎，這些青銅祭器都表明，從殷代中期開始，中國的青銅技術產(chǎn)生了進一步的飛躍。

金屬器具的成型工藝分鍛造和鑄造兩種，中國的青銅器全部都是鑄造而成的。在殷代遺跡中，還發(fā)掘到了熔化金屬用過的坩堝和用砂子、粘土做成的鑄型?？梢韵胍姡欠N為制作精巧器具的蠟型制造法，只是在極個別的請況才使用的，青銅器的鑄造過程是，首先分別精煉出銅和錫，然后再根據(jù)所要制造的器具，按適當?shù)谋壤雁~和錫混在一起溶煉。當然為了獲得更好的熔流有時還故意加入一些鉛金屬。

那么，這種合金的硬度是怎樣隨著銅、錫的不同比例而發(fā)生變化的呢?

當錫的比例占百分之二十八的時候，硬度是最高的。在百分之二十八左右，硬度急劇降低。因此，鋒利的器具需要以接近百分之二十八的比例摻入錫金屬。另外，在《周禮?考工記》中可以看到據(jù)認為是春秋時代的齊國所寫下的記載，其中標記著六種青銅器的銅和錫的不同比例。

例如，關于其中之一的鐘鼎是這樣記載的:

金有六齊。六分其金而錫居一謂之鐘鼎之齊。

這里的“齊”字與“調(diào)劑”的“劑”字相同，表示銅錫摻合的比例。關于這段文字中的“六分其金”的“金”有兩種說法，其一認為:“金”是完成了的合金，其二認為:“金”就是銅。在這兩種不同的說法中，銅錫的比例是不同的。

根據(jù)這兩種說法來計算，考工記中記載的六種銅器的銅錫比例比較接近實際情況，然而根據(jù)原文來看，似乎第一種法說是正確的。

中國古代青銅器成分的分析工作，戰(zhàn)前主要是由日本學者來進行的。戰(zhàn)后，中國學者在這方面也展開了研究。我認為，雖然這些研究的結(jié)果不一定與上述的比例相符，但大體傾向卻是相似的。在鑒燧、即銅鏡的配方中，錫的含量似乎過多。在分析秦漢的金屬鏡時，發(fā)現(xiàn)許多金屬鏡中錫和鉛的比例占百分之三十以上，銅與錫的比例也不是各半，其中還含有相當數(shù)量的銅以外的金屬。

隨著時代的推移，中國金屬鏡中非銅金屬量逐漸增多，金屬鏡質(zhì)地變壞。為了補救這一不足，于是就采用了鍍水銀的方法。一般認為，考工記中所記載的是公元前五、六世紀的知識，但也有人認為早在殷代就已經(jīng)有了與這種水平相接近的知識。

三、鐵器的出現(xiàn)

廣泛使用銅器的周朝，從中期開始，又出現(xiàn)了鐵制的生產(chǎn)工具。早些年，從殷代遺跡中發(fā)現(xiàn)了兩三件青銅利器的某部分是用鐵制成的。這種鐵是用罕見的隕鐵加工而成的，可以想見，當時還沒有從鐵礦石中精煉鐵的技術。《左傳》魯昭公二十九年中有這樣的記載：

遂賦魯國一鼓鐵，以鑄刑鼎。

這是記載中國使用鐵的最早文獻。

對于這里的“鼓”一詞，有兩種解釋。一種解釋認為“鼓”是容量單位，另一種解釋認為，“鼓”是風箱爐。中國學者楊寬贊成后一種解釋。他認為，在公元前六世紀末就已經(jīng)采用風箱爐熔煉鐵的技術了。也就是說，這種觀點認為，公元前六世紀末中國就已經(jīng)有了鑄鐵，當然，在鑄鐵之前就已經(jīng)有了鍛鐵技術。所以，在公元前七世紀，中國就開始有了精煉鐵。

根據(jù)這種解釋，上述《左傳》中的記載可以理解為:

于是作為賦役，讓晉國交出一爐用風箱爐熔煉的鐵，用來鑄造刑鼎(鑄有法令條文的鼎)。

但是，問題在于，即使使用了風箱爐，也不能以此來斷定所煉出來的鐵就是鑄鐵。中國開始使用鐵器的時間與中東各國鐵的起源相比，晚了相當一個時期，然而引人注意的是，中國在很早以前，精煉鐵的技術就得到了高度的發(fā)達。

根據(jù)碳元素的不同含量，鐵可分為三類。含碳元素最多、占百分之ー點七以上的是用于鑄件的鑄鐵;含碳元素最少，占零點零三左右的是用于鍛件的鍛鐵;處于兩者中間的、即碳元素的含量處于百分之零點零三至百分之一點七之間的是鋼。

在無法得到足夠高溫的古代，實際上采用的技術是，先用木炭和風箱把鐵礦石加熱，以得到半熔狀態(tài)的坯鐵，再用鍛造方法來制造器具。中東的古代社會自不必說，歐洲古代實行的也是這種鍛造方法。而且這種鍛造方法在歐洲直延用到十三、十四世紀。

埋設在地下的鐵器由于銹蝕，所以，很少有能夠殘留下來的。二次大戰(zhàn)前，中國一直沒能發(fā)現(xiàn)鐵器的遺物。但新中國成立后，在發(fā)掘鐵器遺物的工作方面取得了顯著的成果。

從東北到華北、從長江流域到四川省，在二十多處發(fā)現(xiàn)了戰(zhàn)國時代的鐵器遺物。從1950年開始，在河南省輝縣進行了為時三年的大規(guī)模的發(fā)掘工作，出土了戰(zhàn)國時代的鐵鏟、鐵鋤等農(nóng)具。根據(jù)孫廷烈先生的金相學方面的研究結(jié)果，這些鐵器都是用鍛造方法制成的。但是，在河北省興隆縣又發(fā)現(xiàn)了七八件鐵制鑄模，顯然，這些鑄模是用于鑄造的。這些鑄模的出土，說明在當時用鑄造方法制造鐵器已經(jīng)很盛行了。

四、中國的鐵器時代開始于漢代

中國古代鑄鐵的煉制比歐洲早一千幾百年，這確實是令人驚嘆的。而且為了得到高溫，中國古代還在送風裝置、即風箱上作了改進。這表明，中國的煉鐵技術很早就高度發(fā)達了。

在戰(zhàn)國時代的鐵制器具中，雖然有少量的兵器，但主要是農(nóng)具類。戰(zhàn)國時代正是農(nóng)具由青銅器向鐵器轉(zhuǎn)換的時期，所以，這個時期的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)相當進步了。然而，在以鑄造和鍛造技術為主的戰(zhàn)國時代，尚未開發(fā)有組織的生產(chǎn)鋼的技術。

鋼的生產(chǎn)技術是在漢代形成的。那時，所有的武器都是鋼制的，從這個意義上講，中國的鐵器時代開始于漢代。

綜上所述，在碳元素的含量上，鑄鐵最多，鍛鐵最少，鋼居二者之中。因此，制鋼有以下三種方法。1、用鍛煉方法使鑄鐵脫碳。2、往鍛鐵中加碳元素。3、把鍛鐵和鑄鐵熔化在一起得到含碳量居中的鋼。

這些都是中國使用過的方法。生在十一世紀的北宋時代的沈括，在他的著作《夢溪筆談》中，記載了他去河北省磁州制鐵場參觀時所見到的情況。這個制鐵場所使用的制鋼方法是上面的第三種，用這種方法制出的鋼叫做團鋼，據(jù)說不是真正的鋼。真正的鋼是用第一種方法制得的，即把鑄鐵多次放入火中反復鍛煉，這樣制得的鋼叫做百煉鋼。