机械冶金，桔槔和衡器是典型杠杆机械，先秦文化与中国冶金技术

尖劈、杠杆、轮轴是古代的几种简单机械。这些机械的特点是能以小力做大功，可以提高劳动效率，因而用途十分广泛。

尖劈的发明最早。石器时代的人们就知道，越尖的石块越锋利，石刃的夹角越小，割刮食物时就越省力。进入商周时期，用青铜或铁制成各种尖劈状的工具和兵器，如锄、铲、镰、斧、镞、剑、刀、矛等等，这些工具和兵器的创制，增强了人类改造自然的能力，促进了社会生产力的发展。

杠杆的出现也十分早。当原始人用木棍撬起或抬起重物时，杠杆知识就开始积累了。传说神农氏“斫木为耜，揉木为耒”，耒耜的使用，即是杠杆知识的应用。更为普遍亦更为典型的杠杆机械是桔槔和衡器。

桔槔是一种提挈重物或向深井打水的机械。《庄子》中记有颜渊的话：“子独不见桔槔者乎？引之则俯，舍之则仰。”又载子贡的话：“有械于此，一日浸百畦，用力甚寡而见功多……凿木为机，后重前轻，挈水若抽，数如泆汤，其名为槔。”桔槔的形制是在井旁或渠边的高柱上，横支一根长木，长木前端用长绳悬一空小桶，后端捆扎一重物（如石块）。将前端绳索往下一拉，水桶就可打水；然后把手放松，由于后重前轻，水桶便被提上来了。这种机械要比完全靠人力提水，轻松得多，因而得到广泛的应用。近代农村中，仍有采用桔槔打水的，墨家还用桔槔来高举烽火，所谓“其事急者，引而上下之”。

衡器是称量物体重量的器具，发明较早。传说帝舜时代就有了。《尚书·舜典》载：“协时月正日，同律度量衡。”衡器有等臂秤（天平）和不等臂秤两种。1954年长沙左家公山出土的战国木衡是等臂秤，而传为安徽寿县出土的战国时期的“王”铜衡，则可能是不等臂秤。衡器所据的原理是两边力矩相等而达平衡的杠杆原理。对于等臂秤（天平），权（砝码）的重量与物的重量相等；对于不等臂秤，重物与重臂（重物至支点的距离）之乘积等于权（秤砣）与力臂（权至支点的距离）之乘积。墨家学派曾阐述了不等臂秤的工作原理，墨家把重臂叫做“本”，把力臂叫做“标”，权的重量比物的重量轻，对此，墨家指出，若要这种秤“相衡”的话，必须“本短标长”，可见墨家已知杠杆原理，这比古希腊阿基米德于公元前3世纪发现杠杆原理要早1个多世纪。

此外，有关滑轮、轮轴等杠杆机械的利用，先秦古籍中亦有所记载。据说公输般曾建议季康子造转动机关安葬其母，这转动机关可能就是辘轳；《墨子》“备高临”也提到当时有一种连弩之车，曾用辘轳引弦张弩。《墨经》中还记载了以斜面配合滑轮或轮轴来起重的实验情形。在大冶铜绿山古矿冶遗址中，也发现用辘轳提升矿石的遗迹。

金属的冶炼、加工和金属工具的使用，是人类从蒙昧到文明的转折点。后来组成华夏族的炎黄、东夷和苗蛮等族都有关于冶金的远古传说，甘肃东乡出土有距今约4700年的青铜刀。迄今所知资料表明，中国的冶金技术是中华民族的独立创造，而不是从西方、北方传入的。

冶铜术的兴起是在新石器时代晚期的龙山文化时期。古代文献有不少关于禹铸九鼎的传说，从近年来考古发掘看，夏代已能熔铸青铜。居住在今河南濮阳的昆吾族，就是以制陶、铸铜著称的一个部落。把铸铜和制陶联系在一起，表明冶铜术确是在制陶技术发展的基础上兴起的。陶窑的修筑、使用、燃料（木炭）的制备、燃烧技术的改进以及对陶土性能的认识，都为铜的冶炼和铸造做了准备。河南登封、山西夏县等处出土铜容器残片和铜镞，表明夏代已进入青铜时代。

河南偃师二里头出土的早商青铜器有铜镞、铜凿、铜铃等小件工具与器物，并且有铜爵数件，说明当时青铜冶铸技术已具一定水平。

商代中期，青铜铸造技术进一步发展，以郑州二里岗为代表，已有爵、斝、鼎、盉等成组礼器。1974年郑州张寨出土的方鼎两件，一个62．25公斤，另一个重84．25公斤，已是相当大型的铜铸件，经检验为铅青铜铸成，含铅17%、锡3．6%，熔铜设备是用内外涂抹草拌泥的大口陶尊和陶缸。

盘庚迁殷后，以安阳殷墟为中心，铸铜技术臻于鼎盛。瑰丽壮伟的司母戊大方鼎是典型代表。它重达87．5公斤，是上古最重的青铜铸件，投入铜料在千斤以上。能够成功地熔铸这样的大型器物，说明殷代手工业生产具有较大规模。

司母戊大方鼎

出土和传世的殷商青铜器数以万计，主要是礼、乐、兵、车四大类。这些精巧的青铜制品，具有很高的历史、学术、艺术价值，在国际上享有盛誉。古代希腊多用失蜡法制作艺术铸件。经过认真细致的考察，在现已鉴定的商和西周铜器中，并未发现使用失蜡法的确证，就是湖南宁乡出土的著名的四羊尊也是用陶范铸造的。从单范到双面范又发展到用多件范、芯组合成复合铸范，进而采用分铸法，这是陶范铸造从低级到高级的发展序列。有些商周青铜器之所以能形成复杂的形状，关键在于使用了分铸法，或先铸器身再在器上合范铸出附件（如器把、兽头等），或先铸好附件，再镶嵌在陶范内与器身一起铸作成器，工艺构思十分巧妙。

冶铸业是商代最重要的手工业部门，近年来辽宁喀左、江西清江等地都发现了商代青铜器。在这个基础上，西周青铜铸造又有所发展，王室、各诸侯国以至贵族都拥有铸造作坊，出土铜器的地点比商代更加广泛，如甘肃凌源、江苏丹徒、安徽屯溪等处均有发现，数量上也远超过前代。(www.zuozong.com)

青铜盘（西周）

西周前期铜器形制多直接继承殷商风格，其后有较明显的改变，花纹趋于简易、流畅，器壁渐成轻巧，具有质朴、实用的特点。到了春秋时期，特别是春秋中叶以后，由于生产力的进一步发展，封建制开始取代奴隶制，表现于青铜冶铸技术也有重大的变化，即从原先较为单一的范铸技术转变为综合运用浑铸、铸接、失蜡法、铸焊（锡焊、铜焊）、红铜镶嵌、错金银等多种金属技术的新工艺系统，代表性产品有曾侯乙大型编钟群和青铜尊、盘等。就制作方式来说，先铸附件后铸器身的分铸形式有很大发展，成为主流。这种方法利于分工合作，因而有较高的生产率，器件的结合也较为牢固，是适合于社会生产的要求的。同时，在器形、纹饰方面有不少新的变化，突破了殷商西周的传统格局，如新郑彝器就突出地表现了这种特点，到战国时期更发展了印模、叠铸等批量生产技术，不少器物壁薄轻巧，质朴无华，更为实用。随着生产发展和经验积累，这一时期有关青铜冶铸的文献记述明显增多。《考工记》除记载“攻金之工”六种及其具体分工以外，又详述编钟部位名称、尺度比例、熔铸铜器时的火色变化和“六齐”合金配比。后者被誉为世界最早见于文字记载的合金配制法则，实物检验表明，这一法则是具有科学性和客观实在性的。又如《荀子·强国篇》以“刑范正、金锡美、工冶巧、火齐得”为获得优质铸件的四大工艺要素；《吕氏春秋·别类篇》提出“金柔锡柔，合二柔以为刚”的观点，都是人们通过长期实践对青铜冶铸技术具有规律性认识的反映。

铜钺（商代）

在冶铜术高度发达的基础上，冶铁术逐步在冶铜业内部产生了。河北藁城商代中期铁刃铜钺的出土，是近年来考古发掘和冶金史的重大发现。经有关单位反复鉴定，证实铁刃是用含镍较多的天然的陨铁经加热锻打成形后，嵌在陶范内，和铜钺本体在浇注时铸接在一起的。它说明，我国至迟在公元前十三四世纪就已发现和使用了天然铁。

从目前考古发掘所得实物资料看，最早的铁器出自甘肃、湖南、江苏等地，年代为春秋晚期。湖南长沙出有钢剑。江苏六合程桥春秋晚期墓葬出土的铁条和铁块，经检验，铁条由块炼铁锻打成形，铁块是白口铁铸成的。这说明熟铁和生铁在我国大体上出现于同一历史时期。欧洲在14世纪才使用生铁，在这以前，冶铁业主要以块炼铁为原料，钢是由块炼铁渗碳获得的。而我国冶铁技术则从一开始就有着自己的发展特点。生铁的早期出现与广泛应用，是我国冶铁术的重大成就，影响极为深远。

春秋晚期的铁器多是小件的刀、锥、臿、削等工具、农具。到了战国时期，随着生产关系的变革，冶铁业迅速发展起来。《管子·地数篇》载“出铜之山四百六十七、出铁之山三千六百有九”，可见人们对铁矿资源的重视和了解程度。管仲相齐时“官山海”，已对铁的开采、生产实行管理，临淄东周冶铁遗址面积达数十万平方米。战国中期以后，铁器的使用已遍及当时的七国疆域，农具有犁、锄、臿、铲、镰，手工工具有斧、凿、锥、削等。铁器取代铜、石、木、蚌器成为主要的生产工具，标志着社会生产力有了划时代的发展，也是战国经济繁荣、出现百家争鸣的兴盛局面的物质基础。

三戈戟（战国）

战国已娴熟地使用铸铁柔化技术，将脆硬的白口铸铁坯件，经高温退火成为黑心韧性铸铁，例如洛阳铁铲、长沙铁臿等，经检验以铁素体和珠光体为基体，石墨作团絮状析出，质量比白口铁和灰口铁都要好。石家庄两件战国铁斧都经过脱碳处理，表层成为钢的组织，内部仍为莱氏体，保留着生铁的组织。欧洲18世纪才有韧性铸铁，黑心韧性铸铁在19世纪于美国试制成功。我国韧性铸铁的生产比欧美要早2000多年，这是铸铁生产工具能在战国广泛使用的一个关键，对社会的贡献是十分巨大的。

随着生产规模的扩大和对铁器需要量的增长，战国已用铁范大批铸作农具、手工工具和车具。1953年河北兴隆出土的燕国铁范87件，其中有斧、凿、镰、锄等，有一范可同时铸两件的，还使用了即使在现代也不能轻易成功制造的金属型芯铁芯，技术水平之高实在惊人。此外，战国已用铜范铸造布币，开后代用铜范、铁范铸币之先河。

战国时期频繁的军事行动，促进了炼钢技术的发展。块炼铁渗碳制钢是这一时期钢铁技术的另一项重大成就。对河北易县燕下都遗址所出铁兵器进行的检验，证实戟、剑等武器是用块炼铁经渗碳后锻打而成，有的还在高温下淬火，得到很硬的马氏体，是目前所知我国最早的淬火钢剑。过去，一般都认为战国炼铁技术以楚国和吴越地区为最先进（如苏秦所说“楚之铁剑利”以及干将莫邪等），燕下都钢剑、钢戟的发现，证明炼钢术在北方地区，也有较高水平。

铁工具的广泛使用也使战国青铜器出现新的面貌，辉县赵固墓等处出土的水陆攻战铜鉴等器物，花纹刻画极为精细，不是钢铁工具很难办到。这个时期的错金银器鎏金器件也比春秋时期大为增多。另外，很多战国铜器壁薄、素面，也表现了铸铜技术的提高，并进一步向商品生产方向发展，产品有铜镜等。

除中原地区外，各边远地区和少数民族居住区域，受商周青铜文化影响，冶铜术也有不同程度的发展，并且具有各自的地方特点。例如云南剑川海门口氏族部落的冶铜业已较为发达，铜器有斧、刀、凿、鱼钩、钠和装饰品。四川地区在殷周时期，冶铜术也达到一定水平，如新繁水观音以及忠县出土的铜器，其后发展成有高度成就的巴蜀青铜文化。北方草原地区所用青铜器如方銎斧、有翼镞和矛等，均与殷周铜器有类似之处，这些地区常出土石制铸范。在殷周奴隶制发达时期，江苏、安徽的湖熟文化正处于原始社会末期，但在中原文化的带动下，已能铸造和中原相同类型的铜刀、铜镞、鱼钩等。这些都证明中华民族青铜文化的统一性，也促成了统一的铁器文化的早期形成。