天工开物---锤锻篇

在鼓風爐( Blast Furnace)與焦炭、石灰等熔化冶煉而成，供作鑄造、 煉鋼、及製造煉鐵、熟鐵之用。其含鐵量約 94﹪、碳 3.0~5.5﹪、 其餘為矽、錳、硫、磷等元素。 2. 熟鐵( Wrought Iron)：由生鐵用平爐法製成，含碳量少於 1﹪的鐵金 屬，通常含有 1~3﹪極細而均勻分佈之熔渣，不能鑄造，僅可鍛造。 其含碳量甚低，故不能淬火硬化，富展延性與韌性，易於鍛接。 3. 鑄鐵( Cast Iron)：生鐵在鼓風爐熔融後，調整其成分為含碳 1.7﹪以 上及其他幾種百分比較少的元素之碳鐵合金。普通鑄鐵含碳 2.70 ~3.60﹪，其餘為矽、錳、硫、磷等元素，鑄鐵性硬脆，不能鍛造。 含碳 0.15~0.5﹪之碳鐵合金稱為鑄鋼。 4. 鋼( Steel)：鐵、碳及若干金屬元素的合金稱為鋼。鋼不含熔渣，在 臨界溫度以下淬火時會硬化，可用於鑄造、輥軋或鍛造。
30﹪之損耗量。 4. 已成廢品而未銹爛的鐵器叫做勞鐵（廢鐵）。勞鐵鍛打時只損耗一成。 5. 鍛鐵爐的燃料
（1） 煤炭佔 70﹪，木炭佔 30﹪。 （2） 火墨（俗名火矢，以堅硬的木條燒成，火焰比煤更猛烈。） （3） 鐵炭（火焰不高的碎煤）。 6. 鐵的接合---在接口處塗上黃泥，鐵燒紅後立即把它錘合。錘合後，須燒 紅再以斧斬斷，否則永不折斷。 7. 健鋼、健鐵---熟鐵和鋼鐵燒紅錘鍛後，質地還不夠堅固，乘出爐時把它 放進清水裏淬之稱為健鋼、健鐵。 8. 焊鐵法 （1）西洋各國使用焊藥。 （2）中國小焊用白銅粉做焊料，大焊（鍛接）則用錘打接合。 （3）西方的大砲有些是鍛成的，中國的大砲靠冶鑄。（註 4） 【註解】 1. 生鐵( Pig Iron)：由赤鐵礦（含 40~60﹪Fe）或磁鐵礦（含 72﹪Fe）
溫度 F 1650 600 570 550 530
溫度 C 899 316 299 289 277
顏色 紫黃 深黃 草黃 淡黃 灰黃
溫度 520 490 470 450 430
溫度 271 254 243 231 220
8. 錘鍛工具 （1）鍛鐵爐(Forge Furnace )：爐身為磚鐵合製而成，如圖 2---1 示。 （2）鐵砧(Anvil Block)：多用鍛鐵製造，砧面則鍛合厚度 6mm 鋼板，
均勻置入密閉的被覆爐中，然後依被覆的種類，選擇另一種被 覆材料，由爐壁噴入燃燒之，使被覆材料包覆在原材料上面。
四. 鋤鎛 1.鋤、鎛（闊口鋤）是開墾土地種植的農具。 2.鋤用熟鐵鍛成，將熔化生鐵淋在鋤口，經淬火後，其質硬且堅韌。 鋤每重 1 斤淋生鐵 3 錢，少則不夠堅硬，多則過硬容易折斷。 【註解】 生鐵淋口：在熟鐵（含碳量 0.25﹪以內）鍛成的鋤口加熱至 1200℃，
圖(a)、(b)為二螺旋槽，一般用於金屬及非金屬材料之鑽 孔。
圖(c)、(d)為三螺旋槽及四螺旋槽，用於把孔擴大。 圖(e)為直槽鑽頭，用於軟質材料，如銅鋁鎂及其合金之
鑽孔。 圖(f)、(g)、(h)為平鑽頭，自古以來所用的鑽頭，形狀簡
單而容易製作，適於軟質材料或薄板之鑽孔，不適用於鋼
2. 各種兵器（五兵）和金屬樂器（六樂）若無『鉗與錘』的作用是無法製 成的。
3. 各種工具、製品，同樣經過猛烈的爐火加熱後，再行錘鍛，可製成大小 形狀不一，有重達千斤的鐵錨，也有輕如羽毛（一髮）的小針。
4.『冶鑄鍾鼎』的技巧讓位給『錘鍛五金』的奇功。
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二. 治鐵
1. 鐵製器具是用炒過的熟鐵做成的。 2. 將鐵鑄成砧（鐵砧），做為承受錘打的墊座。 3. 剛出爐的熟鐵稱為毛鐵。毛鐵鍛打時變成鐵華、鐵落(氧化鐵皮)，而有
（4）滲碳硬化法：鋼材置於滲碳箱內，再將滲碳劑填入後予以 封閉，置於爐中加熱至 900~950℃，施以滲碳作用後，將滲碳 箱原封不動由爐中取出，放置空氣中徐冷之。
7. 鋼鐵加熱燒紅後，表面產生氧化鐵之薄膜，因其極薄，故透明而 反光，現出各種顏色，工作者由薄膜顏色可以判斷溫度之高低，如 表示。
顏色 櫻桃紅 蒼藍 深藍 深紫 淡紫
鋼概分為兩大類：一為碳鋼，係在鐵中加 1.7﹪以下的碳。它有低 碳鋼(含碳 0.3﹪以下)、中碳鋼(含碳 0.3~0.7﹪)、高碳鋼(含碳 0.7~2 ﹪)。另一為合金鋼，係在鋼中添加 1 種或數種相當份量的鎳、鉻、 鉬等元素，使其具有特殊性質。它有低合金鋼(含特別元素之和少於 8.0﹪)及高合金鋼(含特別元素之和超過 8.0﹪)。
（2）退火（annealing）是徐徐冷卻的意思，其目的是使鋼質軟 化。 一般將淬火過的鋼加熱至約 650℃，施以長時間加熱後， 放置於熔槽中、空氣中或以細砂、稻草灰覆蓋之，讓其慢慢 冷卻。
（3）回火（tempering drawing）之主要目的是增加鋼質靭性。一 般將淬火過的鋼加熱至約 720℃以下，施以長時間保溫後，放 置於水中、油中或空氣中冷卻之。

材。
七. 鋸 1. 鋸由熟鐵鍛成薄條，不加鋼亦不淬火。把薄條燒紅取出降溫，再于錘打
以增強韌性，然後用銼刀銼成齒狀。 2. 鋸片裝置在鋸弓的方法
如圖 7---1 示，鋸片裝在兩支短木柄的下端，短木柄作為鋸把，中間橫 木為樑，短木柄的上端纏繞繩索，繩索中間插一支竹篾，旋轉竹篾拉緊 鋸弓使鋸片伸直。 3. 長鋸用來剖開木料，短鋸用來截斷木料，最細的鋸齒用來鋸竹子。 4. 鋸齒用鈍時，用銼刀銼得鋒利。 【註解】 木工用鋸約分為下列五種： 1. 板鋸：鋸片寬又厚，屬於粗鋸，用於直線鋸割木材如圖 7---2 示。 2. 夾背鋸：鋸切比較小的木材如圖 7---3 示。 3. 規鋸：俗稱牛尾鋸，鋸切木材的圓孔或內曲面如圖 7---4 示。 4. 側鋸：鋸切開鑿長溝之兩側及鋸開木板中央部分如圖 7---5 示。 5. 線鋸：又稱彫花鋸、鋼絲鋸、弓鋸，鋸切彎曲度很小的木材如圖 7---6
天工開物---錘鍛篇
時間：2003.10.31 地點：圖書文物大樓 3F 會議室 主讀人：洪良德
＊ 本文對於事實的陳述皆以諺語或以明確的數據表示，如 1.『莫邪、甘將』雙龍飛躍，毋其說亦有徵焉者乎？（前言） 2. 諺云：「萬器以鉗為祖」，非無稽之說也。（治鐵） 3. 受鍛時「十耗其三」為鐵華、鐵落。（治鐵） 4. 凡爐中熾鐵「用炭居十七，木炭居十三 」。（治鐵） 5.「每鍬、鋤重一斤者，淋生鐵三乾為率」。（鋤鎛） 6. 經錘折耗，「鐵損其十者，銅只去其一」。 (治銅)
＊ 本文共分為十二節： 1. 前言 2. 治鐵(鍛接) 3. 斤釜(刀具) 4. 鋤鑮(工具) 5. 差(木工刀具) 6. 錐(木工刀具) 7. 鋸 (木工刀具) 8. 刨(木工刀具) 9. 鑿(木工刀具) 10. 錨(鍛造成品) 11. 針(鍛造成品) 12. 治銅(銅材)
一. 前 言
1. 金屬及木材經過加工可成為各式各樣的器物。雖有如魯班、捶等名師巧 匠，若無優良的工具，還是無法展現他們的巧藝。
淋上一層薄的生鐵水，再將其加熱至 800℃，入水淬火約 5 秒 鐘，使鋤口外表堅硬而內部柔韌，正是一般農具或手工具必要 的特性。
五. 鎈 1. 鎈：目前通稱銼刀，用純鋼製成。 2. 銼刀的製法：先用小鑿在鋼質銼胚表面削出成排的縱、斜紋，鑿
時要斜向進刀，紋溝才能有火燄式的鋒芒，鑿好後燒紅，取出稍 冷一下，入水淬火，即成銼刀。 3.銼刀的種類及用途 （1）開鋸齒先用三角銼，然後用半圓銼。
（2）熔接法：被接合材料之接合部位以氧乙缺火燄加熱或電弧熔接， 達到熔接溫度，再將焊條熔解成液球滴下填充於接合部位。
（3）鑞附法：被接合材料之接合面研磨清淨後，將焊劑塗於接合部位， 待其乾燥後，置於火爐內或用氧乙缺火燄加熱接合部位，使焊料 熔合黏著金屬接合之。鑞附法可分為--＊軟焊（soft soldering）：用錫與鉛之合金為焊劑，其熔點低， 接合部位之強度較小。 ＊硬焊（hard soldering）：用銀、銅及鋅之合金為焊劑，其熔 點高，接合部位之強度較大。
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（2）修平銅線用方長牽銼。 （3）加工鎖和鑰匙用方條銼。 （4）加工骨角用劍面銼。 （5）加工木器用香銼。 【註解】 1. 銼齒的形狀分為單銼齒、雙銼齒、棘銼齒、曲銼齒，如圖 5--1
示。 2. 銼刀依斷面形狀分類，如圖 5--2 示。 （1）平銼：用於銼削一般平面。 （2）方銼：用於銼削方孔、溝槽等。 （3）三角銼：用於銼削凹角。 （4）圓銼：用於銼削圓孔及凹曲面。 （5）半圓銼：用於銼削圓孔及凹曲面。 3. 組合銼刀：由五支、七支等組合成一套，如圖 5--3 示，用於銼削
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6. 健鋼、健鐵：目前通稱淬火。一般含碳量 0.5%以上的鋼才有可淬 性。鋼經過淬火後通常需要再予退火或回火處理，以改善鋼 質、增廣用途。
（1）淬火（quenching）是驟然急速冷卻的意思，其目的是使鋼 質硬化。一般將鋼材加熱至高溫約 750~770℃，並經過一段 時間保溫後，放置於水或油中冷卻之。
較細小的平面或曲面，如加工鎖和鑰匙。
六. 錐 1. 錐用熟鐵錘成，不必加鋼。 2. 鑽的種類 （1） 裝釘書刊用圓鑽。 （2） 穿縫皮革用扁鑽。 （3） 木工轉索鑽孔用蛇頭鑽。 （4） 鑽銅片用雞心鑽。 （5） 鑽身上有三條陵的叫旋鑽。 （6） 鑽深四方而末端尖銳的叫打鑽。 【註解】
1. 木材用鑚頭，如圖 6---1 示。 2. 轉索式鑽孔，如圖 6---2 示。 3. 手搖式鑽孔，如圖 6---3 示。 4. 一般鑽頭，如圖 6---4 示。
以增加其抵抗強度，如圖 2---2 示。 （3）鐵錘（Hammer）：分為手錘及大鐵錘。手錘重量為 2.5~3 磅，大
鐵錘重量為 8~14 磅，如圖 2---3 示。 （5）夾鉗（Tong）：用於夾住紅熱工作物以便於鐵錘之錘擊。夾鉗依
夾持材料的形狀分為平嘴夾鉗、圓嘴夾鉗、三角夾鉗等，如圖 2---4 示。 （6）鏨錘（Chisel）：用於切斷工作物，如圖 2---5 示。 （7）型砧錘（Molder）：用於方形、扁形或半圓形工作物，如圖 2---6
5. 鐵的接合法 鐵的接合法有鍛接法（forge welding）、熔接法（fusion welding）、 鑞附法（soldering）。
（1） 鍛接法：把軟鋼加熱到高溫約 1300~1400℃，然後在砧上錘擊 接合之。因接合時之鍛擊可微化其晶粒，故接合處之強度與被 接合材料相同。一般使用矽酸或硼砂為溶劑，用錳或磷為氧化 劑，使接合面清淨，以免氧化鐵等化合物熔入接合面，不利於 鍛接部位的密接。鍛接之接頭部位最好變粗而中間凸起，並使` 渣屑易因錘擊而排岀。鍛接法分為衝頭接合、重接合、啣接合 等三種，如圖示。
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＊古代製鋼法： （1）將生鐵氧化，除去其大部分之雜質，製成煉鐵。 （2）煉鐵經多次鍛擊製成板片，再疊合後鍛擊之，反覆數次，除 去其大部分之雜質，而得煉鐵板或棒條 。 （3） 將煉鐵板或棒條埋於木碳內，長時間加熱至櫻紅色溫度（約 750C），使碳滲入煉鐵板或棒條內而成鋼。 （4）再加熱鍛造成均質之碳滲鋼，可淬火。 ＊現代煉鋼法： 現代煉鋼法主要使用鹼性平爐法，分為兩個階段： 第一階段是氧化--（1）使生鐵溶液與氧作用，除去其中 C、Si、Mn、P、S 等含 量之大部分。 （2）應用空氣或鐵礦石或廢鋼表面銹皮供給氧氣，使上述元 素含量減至鋼內規定限度以下時，再增加鋼液內之碳 量，使達到預定程度。 第二階段是還元--還元鋼液內之 CO、FeO 等氧化物，此時所用之增碳劑兼還元 劑為錳鐵、鏡鐵、矽鐵等合金生鐵與焦碳或無煙煤等所含之碳， 滲入鐵液內而成鋼。
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示。 （8）平錘（Flatter）：用於打平工作物，如圖 2---7 示。 （9）穿孔鏨（Punch）：用於工作物之穿圓形孔或錐形孔，如圖 2---8
示。 （10）鐵模（Mold）及花砧(Swage Block)：用於打造圓形或特別式樣
之工作物，如圖 2---9 示。
三. 斤斧 1. 鐵製兵器，薄的叫刀或劍，背厚而刃薄的叫釜或砍刀。 2. 最好的刀劍裏面用熟鐵做骨架，表面包敷百煉鋼。 3. 凡「健」刀、斧，先要嵌鋼或包鋼，才能提高其硬度。 4. 「羊頭」：鍛打斧頭或鐵錘之空心柄所用之鐵模。 5. 打石用的錘面若有損耗凹陷，可用熔鐵補平。 【註解】 刀具被覆法：先將欲被覆的原材料研磨至所需尺寸與形狀，再將其