天工开物---锤锻篇.pdf

1天工開物天工開物---錘鍛篇錘鍛篇時間：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 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2二. 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 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） 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 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﹪)3＊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750 C） ，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 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 （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46. 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 （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 （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 表示顏色溫度 F溫度 C顏色溫度溫度櫻桃紅1650899紫黃520271蒼藍600316深黃490254深藍570299草黃470243深紫550289淡黃450231淡紫530277灰黃4302208. 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， 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---65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 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℃， 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6（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 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 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7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。