地鑫泉 发表于 2012-1-2 18:48 ![]()
在田野考古工作中曾发现了许多汉代的石质钱范，如山东临淄出土了荚钱半两、四铢半两石范【1】、河南洛阳出土 ...
钱腔的制作 我们研究了古代石质钱范的制作工艺，发现西汉石质钱范面的钱腔是先用铣刀铣出一个与钱厚度一致的圆坑，将中间剩下的圆切成方，再在方的两边阴刻“半两”二字，因西汉的“半两”二字的笔划都对称，不分左右反正，在石范的钱腔中可以正刻。图1为邯郸出土的西汉四铢半两石质钱范的正背两面，左边为正面，右边为背面。正面为可以直接浇注的钱腔，可以 (图2) 看到在这块石范的背面有6个圆圈，其中1个圈中的圆被刻成了方。仔细观察后发现左 边钱腔中每枚钱的方形中心都有一个中心小圆坑，经研究我们认为，这个小圆坑是一个铣刀的中心尖留下的痕迹，而右边图中的6个圆圈，则正是古人在制作好铣刀以后在石料上试刀具时留下的痕迹。因此我们认为，古人曾使用了成形铣刀铣出钱腔的圆阴型。根据这一原理我们设计制作了成形铣刀，刀的中心为一个定位的尖，尖的高度比两边的刀刃高出2cm。在石料上画好线后，将铣刀的中心尖定在钱腔的十字线切点上就可按计划铣出圆形槽。当圆形槽都铣出以后，用刻刀将中心的圆切成方，在方的两边阴刻“半两”二字，将石料中间开挖直浇口，每枚钱腔开挖水口，石质钱范就制作完成了。在图2中左边为我们磨制的铣刀，中间为画好钱腔十字线及浇口线的石料，右边为用铣刀在这画好钱的石料上先铣出圆形槽后刻方再刻字后的石范。铣圆槽时我们将铣刀安置在普通钻床上，采用每分钟280转的速度向下铣，由于滑石有着很好的可塑性，在钻床上铣起来十分顺利， (图3) 一个深度为1.5mm的圆形槽约10秒钟就铣好了，其圆形槽内的光洁度也较高。古时先民铣圆槽完全可以使用木工钻，今天的木工一般都使用钻床或枪钻钻孔，30年前走街串巷的木工都使用自制的木工钻。如图3所示，这种木质钻有非常悠久的历史。中国在商代工木技术就已经较发达，西汉时期有木工钻应是不成问题的。将铣刀安在这种较原始的工木钻上手工铣槽，因铣刀中心有定位尖，其结果应与在现代钻床上铣出的效果一样。 复制的石质钱范既已制作好，只有在这个石范中浇出钱来才能说明问题。认为石范不能直接铸钱的观点，其理由主要因石材本身含有大量结晶水，当铜液注入范腔以后，铜液带来的高温会立即迫使大量的结晶水在瞬间蒸发成水蒸气充满范腔，将铜液排斥出范腔。考虑到这些因素，我们将制作好的 (图4) 石范放进倒焰窑中进行了焙烧。焙烧的过程为缓慢升温，从300度开始每升温100度保温1小时直致1000度，图4为石质钱范在窑中已被烧致1000度时通身呈现为红色发亮。经过高温焙烧，我们认为石质范料中的游离水及结晶水不可能再存在于范料中了，待确认彻底脱水后将石范从窑中取出放凉致室温待铸。经过焙烧的石范颜色有所变化，比未焙烧前稍浅，而石料的硬度值比未焙烧前稍硬。 浇铸前必须将范合好。除石质钱腔面外，我们采用了陶质平板，将平板范与钱腔范对合，用直径8mm钢筋弯成u字形卡将合好的范卡紧待铸。 我们采用焦炭炉坩锅间接加热工艺熔炼青铜，将焦炭炉生火并将炉膛烧红以后，将坩锅置于炉中，坩锅周围埋入焦炭；当坩锅被烧红以后装入锡青铜合金开始熔炼，坩锅内的合金都熔化了以后按比例加入金属铅继续熔炼。当坩锅内开始冒白烟时关风待铸。 西汉半两钱合金中的铅含量大多为30%左右，锡含量为5%左右。熔炼青铜合金时我们参按照西汉半两钱的合金成分进行了金属配料，熔炼好以后浇注时液温约为1000度。出乎意料的是，本以为石范在倒焰窑中焙烧时已彻底脱水，浇铸时再不应出现发气现象，恰恰相反当铜液注进石范腔后，石范还是如同未被焙烧过一样地产生了气体，将有些铜液崩了出来。当铸后打开石范腔时，有的钱腔中基本没有铜是空的。 经过分析我们认为，当铜液注入范腔后出现铜液外溅是因范腔发气所致，范腔发气是由于范腔中含水所致。被烧致1000度的温度早已超过了结晶水的分解温度，为什么范腔中还有水分存在呢，造成这一现象的原因，是江南地区空气湿度比较大，当高温石范从热窑中取出时范体不会有水分，从热窑中取出后在放凉的过程中因范面没有遮闭而在空气中暴露时吸入了水分，使得注入铜液时范腔内立即产生气体。 石范从热窑中取出时，有较高的温度，在空气中放置时，热范比凉范吸潮更快。通过这次失败所吸取的教训，再试验时北京科技大学李秀辉提出，滑石及绿泥石的相变温度为850度，浇铸时只要注入范腔的铜液温度不超过850度，石料就不会发生物相变化，石范就不会崩块或裂缝；而结晶水的分解温度大概也在这个温度线。如果在这个温度线以下浇铸，很可能不会出现发气现象及石范崩块或裂缝。 第二次作实验，我们没有将石范放进倒焰窑中焙烧，而是将两套石范放进了一个家 用小型电烤箱内进行了低温烘烤，烘烤温度约300度，烘烤时间为4小时，这种烘烤只能将石范料中的游离状态水烘干，其中的结晶状态水在这个温度下不可能得到分解，剩下4套石范既没焙烧亦未烘烤，即没有经过任何脱水处理。我们将范合好待铸，合金的化学成分仍与前相同。当合金熔炼好以后，坩锅里不停地冒着白烟，这是合金中的铅在气化时释放出的铅蒸气，说明此 (图5) 时的液温在1100度左右。关风以后静置5分钟，将坩锅从熔炉中提出以后没有立即浇铸， 而是在等待坩锅里的金属液降温。刚从熔炉中提出来时，外观完全是一个红通通并且发亮甚至有些刺眼的坩锅，随着时间的流逝，坩锅的外观由红通通变得逐渐发暗最后完全成为黑色；坩锅内的高铅青铜液面由一开始可以映照人面而变得发浑，逐渐结起氧化层，继而氧化层越来越厚；因无热电隅之类的热计量设备测量液温，根据多年的熔炼经验估计当时的液温约勉强800度。当将这种明显降了温的铜液注入石质范腔时，其浇铸过程平稳，再未出现因石料含水而产生发气现象。图5为合好待铸的石范，图6为坩锅中的铜液正在向石范的水口中注入，可以看到没有铜液飞溅出来。6套范一锅浇完，其浇铸过程都一样平稳。由于石质范散热较快，5分钟后打开范腔，铸出的半两钱树历历在目，除极个别有没浇到的外其余都基本完好。图7为从石范中取出的两个钱树，可以看到，钱树上每枚钱都铸得完整无缺。 当铸造工序完成以后，需将钱从“树”上掰下 (图6) 来进行铸后加工。掰钱比较顺利，掰下来的钱未出现带肉现象。钱币的铸后加工工艺，仅见于《天工开物·钱》中的一幅插图，图中画有一人手中拿着一方木条将钱坯穿入，然后锉磨钱坯的外郭，这是明代铸钱工艺中采取的加工钱坯的方法。明代以前铸币如何加工，史籍中未见有记载。鄂州市博物馆的考古工作者先后在两座东汉墓中发现了两件木质修钱工具，除长度稍短外，其型制与《天工开物》中的方形木条一样，出土时方木条上还穿有汉代的五铢钱。我们按照这一汉代的修钱工具的型制仿制了一根方木条，将钱穿入此本木条中锉磨钱的外圆，很快就将一串钱的外圆锉得看不见水口及范缝了。由于方木条将每枚钱的方都固定在一个中心，一串钱基本很得到了同心，所以锉磨加工出的钱的直径也得到了规范。可见东汉时期的这种修钱工具是非常实用 (图7) 的，其发明思想是科学的。由此看来，我国至迟在东汉时期，人们已经使用了如明代钱币铸后加工的工艺，而明代的修钱工具只是沿用东汉的工艺技术。图8为鄂州市周家咀第4号东汉墓中出土东汉时期的钱币毛坯加工工具。因出土时在此工具上穿有东汉流行的“五铢”钱，目前可以说明这 种工具在东汉时期已经在 (图8) 铸钱的加工中使用。西汉武帝时期离东汉只有一百多年，但西汉时期的半两钱是否用这种工具进行铸后的加工，因还未见出土西汉时期的钱币加工工具，因此目前尚不能确定。 问题的讨论 通过两次的石范铸钱及铸后的修钱模拟实验可以证明3个问题。其一，在古代地层中出土的石质范是可以直接用于铸造的实用器，除钱币以外，还有一些锛范镞范等兵器范及农具范都应可以直接用于浇铸。其二，石质范在铸前不需要进行结晶水的脱水处理，即不需要装入倒焰窑中进行高温焙烧，只需要掌握浇注时金属液的温度不超过850度范腔就不能出现发气现象。因滑石及绿泥石均在850度时会发生相变，但北京科技大学检测了西汉钱范的物相发现没有变化，说明这些西汉时期的钱范未经过850度以上的高温焙烧。通过我们的模拟实验，证明了石范铸造工艺中浇铸温度是关键，从众多出土的范腔表面有黑灰层的石范看，古代的先民是掌握了这一技术的。其三、通过铸后对钱坯进行模拟加工，发现这件1800年前的修钱工具的发明思想是伟大的，发明人想到了利用每枚钱中心都具备的方孔求外圆的同心度，使整串固定在方木条上锉磨出的钱的外圆一致，这与今天的许多另部件的机械加工原理是相同的。 【1】《考古》1993年11期。 【2】《考古》1973年3期。 | 
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发表于 2013-3-1 00:24
