一提起金屬,你會聯想到什麼呢?硬、光亮、不可燃、易傳熱、導電,這就是我們對金屬的感覺。
學生教科(ke)書上的元素(su)周(zhou)期表中,左下方(fang)的元素(su)都屬於金屬。而在元素(su)周(zhou)期表裏(li)的100多種中,金屬元素(su)就占(zhan)了3/4左右。
在元素(su)周(zhou)期表中,化學元素(su)分為金屬元素(su)、非金屬元素(su)及具有雙重性(xing)能(nen)的兩(liang)性(xing)元素(su)。金屬元素(su)一般(ban)具有熔點高、有金屬光澤、易傳熱、易導電等物(wu)理特(te)性(xing)和容易形(xing)成陽(yang)離子,其氧化物(wu)和水反(fan)應後生產堿等化學特(te)性(xing)。但也有和鋁一樣,平常被當作金屬,而按化學性(xing)質分類時就歸屬於兩(liang)性(xing)金屬的元素(su)。所以說金屬的定義(yi)並(bing)不是很明(ming)確,而且它的分類也比(bi)較麻煩
按物(wu)理學與(yu)化學詞典,金屬的定義(yi)是:在常溫下,在遊離狀態(tai)下,呈不透明(ming)的固體狀態(tai),具有光澤和延展性(xing),可以對其進(jin)行機械加工的店(dian)和熱的導體;但也有像汞(俗稱水銀)一樣,在常溫常壓下呈液體狀態(tai)的金屬。
金屬一般(ban)較硬,但軟的也很多,在學術上雖然作為金屬,但一般(ban)常識上不把它當作金屬的也不少。在元素(su)周(zhou)期表上雖然列(lie)為金屬,但也沒有實物(wu)的金屬。曾(zeng)經對鎂進(jin)行切削(xiao)加工的人,就知道還有可燃的金屬。從常識上說,可以把日常能(nen)見到的機械材(cai)料當作金屬或金屬材(cai)料。雖然說是金屬,但在理化上的定義(yi)與(yu)相關金屬行業從事者及一般(ban)人對金屬材(cai)料的認識有很大的不同。
理化上的定義(yi)和元素(su)意義(yi)上的金屬,對於書本(ben)的讀(du)者來(lai)說意義(yi)不大。對在日常生活(huo)中見不到的金屬,還有那樣的金屬的了解程就夠了。而對於在日常機械加工中頻繁接觸的金屬,應盡最大努力多了解,起碼要比(bi)一般(ban)人多了解一些(xie)。
能(nen)對金屬進(jin)行分類和整理固然很方(fang)便,但不可能(nen)做得很完整。金屬首先可以劃分為鐵和非鐵金屬。在這個地球上,鐵的數量比(bi)鋁次(ci)之,居第二,用途很廣,實際用量也最多。可以說鐵是金屬的代名詞。相對於鐵,把不是鐵的金屬劃分為非鐵金屬。
金屬按照(zhao)常識來(lai)講是重的,而重的金屬裏(li)也有相對說輕的,它就是輕金屬。輕金屬的密度小,大概在4g/cm以下,例如鋁、鎂等。與(yu)輕金屬相對應的當然是重金屬,雖因公害問題(ti)經常見報,但人類還未(wei)做到正(zheng)確使用它。貴金屬因產量少,且賞心悅目,所以價格高,多用於貨幣、裝飾品等,這是常識,貴金屬有:金、銀、鉑等。還可以劃分低熔點金屬,金屬不燃燒、不輕易熔化,這是一般(ban)常識。低熔點金屬熔點低,例如鉛、錫等。汞在常溫下就是液體,所以當然屬於低熔點金屬。低熔點的界限(xian)不嚴(yan)密,所以有時把鋅和鏑也劃分為低熔點金屬。當然,也有相對應的高熔點金屬,高熔點金屬的界限(xian)也不嚴(yan)密,鎢、鉬(mu)等高熔點金屬的熔點都在2000℃以上。此外,還有堿金屬、稀有金屬、稀土類金屬等特(te)殊金屬,但它們在金屬材(cai)料中所占(zhan)比(bi)例很小。
據(ju)說人類從石(shi)器時代開始利用金屬,已有4000~5000年的曆史了,當時使用的是青銅。已經回(hui)使用火的人類在某種動(dong)機下,或者在偶然的情況(kuang)下,把色彩斑斕的銅礦石(shi)扔進(jin)了火堆裏(li),發現(xian)了火燒後留下的被還原銅。或者發現(xian)並(bing)利用了自然狀態(tai)下的青銅。這隻(zhi)是我們推測。
不管怎麼說,距今3600年從中國的殷朝的遺跡中就發掘出了青銅器。據(ju)下一個朝代即(ji)周(zhou)朝(約3000年前)的史料記載,當時的人類根據(ju)不同的目的可以調整銅和錫的比(bi)例。還有一種說法是周(zhou)朝時期就已出現(xian)了鐵器,但由於鐵容易生鏽腐(fu)爛(lan),所以沒有被保存下來(lai)。
按當時的技術如何提煉出鐵,目前我們尚未(wei)知道。有人推測當時的人類發現(xian)並(bing)使用了從宇宙飛(fei)來(lai)的隕石(shi)(隕石(shi)大多數是以鐵和鎳為主要成分的隕鐵)。
初期有關金屬技術是鑄造。因為在日本(ben)也發現(xian)了石(shi)製的鑄型,所以可以肯定首先是金屬利器代替(ti)了石(shi)器,特(te)別是使用青銅鑄造了劍。
遠古時代,中國的青銅鑄造技術是通過什麼途徑傳到日本(ben)呢?是物(wu)品先傳入(ru),還是持有技術的人和物(wu)品一起並(bing)傳入(ru)的,或者是人到日本(ben)後尋(xun)找礦石(shi),現(xian)在還不清楚。
公元708年,在日本(ben)武藏國秩父郡發現(xian)了銅礦。煉出銅後,上貢給朝廷,並(bing)把年號改為了“和銅”。這在日本(ben)曆史上很有名。
根據(ju)史料記載,日本(ben)人早(zao)已懂(dong)得使用鐵。公元252年朝鮮(xian)半(ban)島(dao)的百(bai)濟國就進(jin)貢了叫(jiao)“七支刀”的鐵劍。由於公元200年日本(ben)征伐(fa)三韓戰爭的緣故,朝鮮(xian)半(ban)島(dao)的很多製鐵藝人都到了日本(ben),所以認為日本(ben)當時也有煉鐵技術。
直到現(xian)在也很著名的“風箱製鐵法”是否(fu)是從那個時期開始興(xing)起來(lai)的,而且像製造日本(ben)到所需(xu)的高難度的煉鐵、製鋼、熱處理技術,是經曆了何種發展過程,現(xian)在還不得而知。但不管怎麼說這個時期日本(ben)的金屬文化水平是相當高的。
就因為有了這樣的鍛造技術,所以日本(ben)從引(yin)進(jin)大炮(pao)開始,就短時間內實現(xian)了火藥槍的大量生產。當時日本(ben)製造的第一支火藥槍的尾栓就是用了螺(luo)栓,但是現(xian)在還不知道這個螺(luo)栓是如何加工處理的。
鑄造是指把金屬熔化並(bing)注入(ru)到鑄型內,製造出所需(xu)要形(xing)狀的物(wu)品。但鑄造並(bing)不隻(zhi)取決於形(xing)狀。像大佛那種巨大的鑄件,外觀細節是無關緊(jin)要的,且看不見內部更不成問題(ti)。但是,還有一種鑄件,不僅(jin)尺(chi)寸相當大,金屬成分要求(qiu)也很高,而且必須(xu)要保證形(xing)狀及尺(chi)寸,特(te)別要保證內部沒有砂眼,這就是鍾。
鍾可以發出一種嗡(weng)嗡(weng)的響亮聲音(yin)。它要求(qiu)壁(bi)的上部要厚,到肩部逐漸(jian)變薄,往下再逐漸(jian)變厚。這個壁(bi)厚變化是鑄造師的看家(jia)本(ben)領,也是微妙(miao)地影響音(yin)色的決定因素(su)。而砂眼會影響壁(bi)厚從而影響音(yin)色。為了解決這一不易發現(xian)的問題(ti),當時的藝人可能(nen)采(cai)取了提高鑄造溫度、使用脫酸劑防止(zhi)氣體被吸(xi)收等措(cuo)施。鍾雖然形(xing)狀簡單(dan),也很樸實,但它也是高水平金屬金屬的體現(xian)。
此後,德(de)川幕府(fu)的鎖國政策(ce)阻(zu)滯(zhi)了新的金屬技術發展步伐(fa)。而到了江戶(hu)時代末(mo)期,日本(ben)在與(yu)西歐(ou)列(lie)強的交流中認識到了技術的落後。為減少這種差異,日本(ben)政府(fu)曾(zeng)倡(chang)導各地引(yin)進(jin)近(jin)代技術,但短期內未(wei)能(nen)取得很好的效(xiao)果。