沛沛是世界上第一部关于农业和手工业生产的综合性著作,是中国古代一部综合性的科学技术著作,有人也称它是一部百科全书式的著作,作者是明朝科学家宋应星。

沛沛共三卷十八篇,全书收录了农业、手工业,诸如机械、砖瓦、陶瓷、硫磺、烛、纸、兵器、火药、纺织、染色、制盐、采煤、榨油等生产技术。

沛沛作者在书中强调人类要和自然相协调、人力要与自然力相配合。是中国科技史料中保留最为丰富的一部,它更多地着眼于手工业,反映了中国明代末年出现资本主义萌芽时期的生产力状况。

锤锻沛沛用锤锻方法制作铁器和铜器

宋子曰:金木受攻而物象曲成。世无利器,即般、亻垂安所施其巧哉?五兵之内,六乐之中,微钳锤之奏功也,生杀之机泯然矣。同出洪炉烈火,大小殊形。重千钧者系巨舰于狂渊。轻一羽者透绣纹于章服。使冶铸鼎之巧,束手而让神功焉。莫邪、干将,双龙飞跃,毋其说亦有征焉者乎?
宋先生说:金属和木材经过加工而成为各式各样的器物。假如世界上没有优良的器具,即便是鲁班和倕这样的能工巧匠,又将如何施展他们精巧绝伦的技艺?弓矢、殳、矛、戈、戟五种兵器及钟、镈、镯、铙、铎、錞六种乐器,如果没有钳子和锤子发挥作用,它们也就难以制作成功了。同样出自熔炉烈火,诸种器物大小形状却各不一样:有重达千钧的能在狂风巨浪中系住大船的铁锚,也有轻如羽毛的可在礼服上刺绣出花样的小针。在这由锤锻五金所铸就的奇功面前,连冶铸钟鼎的技巧也为之逊色了。莫邪、干将两把名剑,挥舞起来就如同双龙飞跃,这个传说大概也有它的根据吧!

治铁
治铁

凡治铁成器,取已炒熟铁为之。先铸铁成砧,以为受锤之地。谚云“万器以钳为祖”,非无稽之说也。凡出炉熟铁名曰毛铁。受锻之时,十耗其三为铁华、铁落。若已成废器未锈烂者名曰劳铁,改造他器与本器,再经锤煅,十止耗去其一也。凡炉中炽铁用炭,煤炭居十七,木炭居十三。凡山林无煤之处,锻工先择坚硬条木烧成火墨。(俗名火矢,扬烧不闭穴火。)其炎更烈于煤。即用煤炭,也别有铁炭一种,取其火性内攻,焰不虚腾者,与炊炭同形而有分类也。
铁制器具是由生铁炼成的熟铁做成的。先将铁铸成砧,作为承受敲打的垫座。俗话说得好“万器以钳为祖”,并不是没有根据。刚出炉的熟铁,叫做毛铁,锻打时有一部分就会变成铁花和氧化铁皮而耗损三成;已经被丢弃却没有锈烂的铁器叫做毛铁,用它做成别的或者原样的铁器,锤锻时只会损耗掉一成。熔铁炉中所用的炭,其中煤炭约占十分之七,木炭约占十分之三。山区没有煤的地方,锻工便选用坚硬的木条烧成坚炭(俗名叫做火矢,它燃烧时不会变为碎末而堵塞通风口),火焰比煤更加猛烈。煤炭当中有一种叫做铁炭的,特点是燃烧起来火焰并不明显但是温度很高,它与通常烧饭所用的煤形状相似,但是用途不同。

凡铁性逐节粘合,涂上黄泥于接口之上,入火挥槌,泥滓成枵而去,取其神气为媒合。胶结之后,非灼红斧斩,永不可断也。凡熟铁、钢铁已经炉锤,水火未济,其质未坚。乘其出火时,入清水淬之,名曰健钢、健铁。言乎未健之时,为钢为铁,弱性犹存也。凡焊铁之法,西洋诸国别有奇药。中华小焊用白铜末,大焊则竭力挥锤而强合之,历岁之久终不可坚。故大炮西番有锻成者,中国惟恃冶铸也。
把铁逐节接合起来,要在接口处涂上黄泥,烧红后立即将它们锤合,这时泥渣就会全部飞掉。这里只是利用它的“气”来作为媒介。锤合之后,要不是烧红了再砍开的话,它是永远不会断的。熟铁或者钢铁烧红锤锻之后,由于水火还未完全配合起来并且相互作用,因此质地还不够坚韧。趁它们出炉时将其放进清水里淬火,这便是人们所说的“健钢”和“健铁”。这就是说,在钢铁淬火之前它在性质上还是软弱的。至于焊铁的方法,西方各国另有一些特殊的焊接材料。我国在小焊时用白铜粉作为焊接材料;进行大的焊接时,则是尽力敲打使之强行接合。然而过了一些年月后,接口也就脱焊而不牢固了。因此,在西方只是部分大炮是锻造而成的,而中国的大炮则完全是靠铸造而成的。

斤斧
斤斧

凡铁兵薄者为刀剑,背厚而面薄者为斧斤。刀剑绝美者以百炼钢包裹其外,其中仍用无钢铁为骨。若非钢表铁里,则劲力所施即成折断。其次寻常刀斧,止嵌钢于其面。即重价宝刀可斩钉截凡铁者,经数千遭磨砺,则钢尽而铁现也。倭国刀背阔不及二分许,架于手指之上不复欹倒,不知用何锤法,中国未得其传。
铁制的兵器中,薄一些的叫刀或剑,背厚而刃薄的则称为斧或砍刀。质量最好的刀剑,其表面上包的是百炼钢,而里面却仍然是用熟铁作为骨架。如果不采用这种钢面铁骨的结构的话,刀在用力过猛时就会折断或损伤。通常使用的刀、斧,只是在其表面上嵌钢,即使是能够斩钉截铁的贵重宝刀,在磨过几千次以后,也还是会把外边的钢磨光而露出里面的熟铁来。产自日本的一种刀,其刀背还不到两分宽,但架在手指上却不会倾倒,不知那是怎样锤打出来的,而且这种技术也还未曾传到中国来。

凡健刀斧皆嵌钢、包钢,整齐而后入水淬之。其快利则又在砺石成功也。凡匠斧与椎,其中空管受柄处,皆先打冷铁为骨,名曰羊头,然后热铁包裹,冷者不粘,自成空隙。凡攻石椎日久四面皆空,熔铁补满平填,再用无弊。
凡是健刀健斧,都要先进行嵌钢或者包钢,修整之后再放进水里淬火。要让它变得锋利,则需要在磨石上多下功夫。锻打斧头和铁椎装木柄的中空管子,先要锻打一条铁模当做冷骨,然后把烧红的铁包在这条名叫“羊头”的铁模上敲打。冷铁模不会粘住热铁,取出来后自然形成中空管子。打石用的锤子用久了四面都会凹陷下去,用熔铁水补平后就可以继续使用了。

锄镈
锄镈

凡治地生物,用锄、镈之属,熟铁锻成,熔化生铁淋口,入水淬健,即成刚劲。每锹、锄重一斤者,淋生铁三钱为率,少则不坚,多则过刚而折。
凡是开垦土地、种植庄稼这些农活儿,都要使用锄和宽口锄这类农具。它们的锻造方法是:先用熟铁锻打成形,再把熔化后的生铁淋在锄口,经过淬火之后,就变得非常坚韧。锻造的最佳比例是锹、锄每重一斤淋上生铁三钱,生铁淋少了不够刚硬,而生铁淋多了又会过于硬脆而容易折断。


凡铁鎈纯钢为之,未健之时钢性亦软。以已健钢钅斩划成纵斜文理,划时斜向入,则文方成焰。划后浇红,退微冷,入水健。久用乖平,入水退去健性,再用钅斩划。凡鎈开锯齿用茅叶鎈,后用快弦鎈。治铜钱用方长牵鎈,锁钥之类用方条鎈,治骨角用剑面鎈。(朱注所谓钅虑锡。)治木末则锥成圆眼,不用纵斜文者,名曰香鎈。(划鎈纹时,用羊角末和盐醋先涂。)
锉刀是用纯钢制成的,在淬火之前,它的钢质锉坯还是比较软的。要先用经过淬火的硬钢小凿,在锉坯的表面上开出成排的纵纹及斜纹,并且凿的时候要自倾斜的方向下刀,出来的纹沟才能有火焰般的锋芒。凿好纹路后将其烧红,取出后稍微再冷却一下,便可入水淬火,最后即成锉刀。锉刀使用的时间久了,其表面就会变得平滑,此时应将其放回火中使钢质变软,然后再凿出新的沟纹。每种锉刀都有不同的用处,开锯齿时先用三角锉,然后使用半圆锉;修平铜钱时用方长牵锉;加工锁和钥匙等工具时要用方条锉;加工骨角时使用剑面锉,也就是朱熹在《大学》中注解中提到的所谓“锡”;加工本器时则会用到香锉-这种锉的锉面上没有成排的纵、斜纹,而是锥上了许多细小的圆眼。开锉纹时,应先把盐、醋与羊角粉拌和,涂上后再凿。


凡锥熟铁锤成,不入钢和。治书编之类用圆钻,攻皮革用扁钻。梓人转索通眼、引钉合木者,用蛇头钻。其制颖上二分许,一面圆,一面剜入,傍起两棱,以便转索。治铜叶用鸡心钻,其通身三棱者名旋钻,通身四方而末锐者名打钻。
锥子(或者钻)是用熟铁捶打成的,不必再向里边添加钢。装订书刊之类的东西用的是圆钻,穿缝皮革等用的是扁钻。木匠转绳钻孔以便钉合木板时,则要用蛇头钻。蛇头钻的钻头有二分长,一面为圆弧形,两面挖有空位,旁边起两个棱角,以便于蛇头钻转动时更容易钻入。钻铜片用的是鸡心钻,鸡心钻身上有三条棱的叫旋钻,钻身四方末端尖的叫做打钻。


凡锯熟铁锻成薄条,不钢,亦不淬健。出火退烧后,频加冷锤坚性,用鎈开齿。两头衔木为梁,纠篾张开,促紧使直。长者刮木,短者截木,齿最细者截竹。齿钝之时,频加鎈锐而后使之。
做锯片时,应把熟铁锻打成薄铁条。它既不用加钢也不用经过淬火的工序,只需把薄铁条烧红降温之后,不断施以捶打,使它的韧性增加,然后再用锉刀开齿。使用锯子时,将其两端的短木柄作为锯把,中间接上一条横木作为梁,再用竹片纠扭以使锯弓张开,之后继续拉紧,就能使锯条伸直。长锯可用来剖开木料,短锯则用来截断木料,最细的锯齿适用于锯竹子。当锯齿变钝以后,可以用锉刀把锯齿一个一个再次磨得锋利,便可接着再用。


凡刨磨砺嵌钢寸铁,露刃秒忽,斜出木口之面,所以平木,古名曰准。巨者卧准露刃,持木抽削,名曰推刨,圆桶家使之。寻常用者横木为两翅,手执前推。梓人为细功者,有起线刨,刃阔二分许。又刮木使极光者名蜈蚣刨,一木之上,衔十余小刀,如蜈蚣之足。
刨子是把一寸宽的嵌钢铁片磨得锋利,斜向插入木刨壳中,稍微露出点刃口,用来刨平木料。刨的古名叫做“准”。大的刨子是仰卧露出点刃口的,木料用手拿着在它的刃口上抽削,这种刨叫做推刨,制圆桶的木工经常用到它。平常用的刨子,则在刨身穿上一条横木,像一对翅膀,手执横木往前推。精细的木工还备有起线刨,这种刨子的刃口宽二分。还有一种叫做蜈蚣刨,刨壳上装有十几把小刨刀,好像蜈蚣的足,能把木面刮得极为光滑。


凡凿熟铁锻成,嵌钢于口,其本空圆,以受木柄。(先打铁骨为模,名曰羊头,杓柄同用。)斧从柄催,入木透眼,其末粗者阔寸许,细者三分而止。需圆眼者则制成剜凿为之。
凿子是用熟铁锻造成的,是在刀口上嵌钢,凿身为圆形,中间留有孔洞,用来方便装进木柄(锻凿时先打一条圆锥形的铁骨做模,这叫做羊头,加工铁勺的木柄也要用到它)。用斧头敲击凿柄,凿子的刃就能方便插入木料而凿成孔。凿子的刃宽的一寸,窄的约三分。如果要凿成圆孔,则要另外制造弧形刃口的“剜凿”来进行。


凡舟行遇风难泊,则全身系命于锚。战船、海船有重千钧者,锤法先成四爪,以次逐节接身。其三百斤以内者用径尺阔砧,安顿炉傍,当其两端皆红,掀去炉炭,铁包木棍夹持上砧。若千斤内外者则架木为棚,多人立其上共持铁链。两接锚身,其末皆带巨铁圈链套,提起捩转,咸力锤合。合药不用黄泥,先取陈久壁土筛细,一人频撒接口之中,浑合方无微罅。盖炉锤之中,此物其最巨者。
每当船只在水上航行遇到大风没有办法靠岸的时候,它的安全就完全依靠锚了。战船或者海船的锚,有的重量达到上万斤。它的锻造方法是先锤成四个铁爪子,然后再把它们一个一个接在锚身上。三百斤以内的铁锚,可以先在炉旁安一块直径一尺的砧,当锻件的接口两端都已烧红了,便拨开炉炭,用包着铁皮的木棍的一端把它们夹到砧上锤接。如果是一千斤左右的铁锚,则要先搭建一个木棚,让许多人都站在棚上,一齐握住铁链,铁链的另一端套住锚身两端的大铁环,把锚吊起来并按需要使它转动,众人合力把锚的四个铁爪逐个锤合上去。接铁用的“合药”不是黄泥,而用筛过的旧墙泥粉,由一个人将它不断地撒在接口上,一起与铁质锤合,这样,接口就不会有微隙了。在炉锤工作中,锚算是最大的锻造物件了。


凡针先锤铁为细条。用铁尺一根,锥成线眼,抽过条铁成线,逐寸剪断为针。先鎈其末成颖,用小槌敲扁其本,钢锥穿鼻,复鎈其外。然后入釜,慢火炒熬。炒后以土末入松木火矢,豆豉三物罨盖,下用火蒸。留针二三口插于其外,以试火候。其外针入手捻成粉碎,则其下针火候皆足。然后开封,入水健之。凡引线成衣与刺绣者,其质皆刚。惟马尾刺工为冠者,则用柳条软针。分别之妙,在于水火健法云。
造针首先要把熟铁锤成细条,另外在铁尺上钻出小孔作为线眼,然后将细铁条从铁尺的孔里抽出来,这样就做成了铁线。把铁线一寸一寸地剪断后,便成为针坯。加工针坯时,要先把铁线的一端锉尖,然后用小锤将其另一端敲扁,并用硬锥在上面钻出针鼻,之后还需把针的周围锉平,便可放入锅里用慢火炒熬。炒过后,用泥粉、松木炭和豆豉这三种东西将其盖住,再用火蒸。留出二三根针插在外面以便观察火候。当外面的针已经完全氧化到用手指便能捻成粉末时,就说明下面被盖住的针的火候已经足够了。揭开封盖后,再经过入水淬火的工序,针便制成了。凡是缝衣服和刺绣时所用的针都比较硬,只有福州附近马尾镇的工人做帽子时所用的针才比较软,名叫柳条软针。它们之间软硬的区别,主要来自于淬火的方法不同。

治铜
治铜

凡红铜升黄而后熔化造器,用砒升者为白铜器,工费倍难,侈者事之。凡黄铜,原从炉甘石升者不退火性受锤;从倭铅升者出炉退火性,以受冷锤。凡响铜入锡参和(法具《五金》卷)成乐器者,必圆成无焊。其余方圆用器,走焊、炙火粘合。用锡末者为小焊,用响铜末者为大焊。(碎铜为末,用饭粘和打,入水洗去饭。铜末具存,不然则撒散。)若焊银器,则用红铜末。
红铜添加锌就可以炼成黄铜,再熔化以后才能制造成各种器物。如果加上砒霜等配料冶炼,便可以得到白铜。白铜加工困难,成本也很高,只有阔气的人家才用到它。由炉甘石升炼而成的黄铜,熔化后要趁热敲打。如果是其中加入锌而锤炼成的,则要在熔化后经过冷锤。铜和锡的合金(制法详见本书第十四卷《五金》)叫做响铜,可以用来做乐器,制造时要用完整的一块加工而不能只是由几部分焊接而成。至于其他的方形或者圆形的铜器,就可以进行走焊或者加温黏合。小件的焊接是用锡粉做焊料,大件的焊接则要用响铜做焊料(把铜打碎加工成粉末,要用米饭黏合再进行舂打,最后把饭渣洗掉便能得到铜粉了。如果不用米饭黏合的话,舂打时铜粉就会四处飞散)。焊接银器则要用红铜粉作焊料。

凡锤乐器,锤钲(俗名锣)不事先铸,熔团即锤。锤镯(俗名铜鼓)与丁宁,则先铸成圆片,然后受锤。凡锤钲、镯皆铺团于地面。巨者众共挥力,由小阔开,就身起弦声,俱从冷锤点发。其铜鼓中间突起隆炮,而后冷锤开声。声分雌与雄,则在分厘起伏之妙。重数锤者,其声为雄。凡铜经锤之后,色成哑白,受鎈复现黄光。经锤折耗,铁损其十者,铜只去其一。气腥而色美,故锤工亦贵重铁工一等云。
关于部分乐器的制造方法:锣不必经过铸造,是在金属熔成一团之后再精心敲打而成;铜鼓和丁宁,就要先铸成圆片,然后再进行敲打而成。无论是锤锣还是锤铜鼓,都要把铜块或铜片铺在地上进行敲打。其中大的铜块或者铜片还要众人齐心合力敲打才行。铜块或铜片由小逐渐展阔,冷件敲打会从物体本身发出类似于弦乐的声音。在铜鼓中心要打出一个突起的圆泡,然后再用冷锤敲定音色。声音分为高低两种,关键在于圆泡的厚薄及深浅的细微差别:一般而言,重打数锤的声调比较低,而轻打数锤的声调比较高。铜质经过敲打以后,表层会变成哑白色而无光泽,但是经过锉工加工之后又呈现黄色而恢复光泽了。敲打时铜的损耗量,只是铁器损耗量的十分之一。铜有腥味而色泽美观,所以说铜匠要比铁匠高出一等。





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