秦剑 兵马俑中的秦剑真有那么完美么？秦剑有可能只是陪葬的冥器吗？

时代背后的青铜剑

兵马俑的青铜剑在开始装备的时候是无法测试的，但是我们可以看到，秦统一全国的时候(公元前221-207年)，罗马军团的剑鞘里渴血，高卢战士挥舞着凯尔特之剑，连连怒吼，色雷斯手持着罗汉帕亚的长刀——这些著名的武器无一例外都是钢铁制成的。其实早在几个世纪前，地中海地区的钢铁武器就被完全取代了。钢剑经过锻造、渗碳、淬火后的硬度可以达到500HB以上，这是青铜兵器无法达到的。至于青铜剑的年代，可以追溯到1000年前。

▲迈锡尼文明(公元前1600-1100年)青铜剑，长达93厘米

回顾中国，钢铁兵器早在春秋时期就出现了，出土的杨家山铁剑经过检验渗碳退火。到了战国时期，夏衍出土了更多的钢制武器，其中一些已经淬火。是中国最早的钢铁淬火技术范例——铁制工具，代表了先进生产力和先进军备的发展方向。虽然这个过程曲折，道路漫长，但青铜必然会衰落。

秦军的对手

面对秦军兵马俑出土的4万件武器，有人问:“武力统一中国的秦军是一支装备落后的军队吗？”有一种说法是，秦军的青铜兵器比六国的钢铁兵器更先进，所以秦军可以征服它们。但事实是，秦军的对手也装备了青铜武器。

中国铁器的繁荣时代是从战国到西汉。其中铁农具是铁兵器之前常用的。战国时期，铁农具在很多国家都有发现，但铁兵器只在少数几个国家发现，这些国家出土的铁农具要多得多。在63个出土青铜、铁剑的战国遗址中，青铜剑270把，铁剑只有27把。以长沙楚墓为例，2048座墓葬中共出土青铜剑960把，匕首240把，长矛196把，短剑16把，而铁兵器中只发现35把剑和4把戟，工具倒过来，铁工具多于铜工具。

中国战国时期的铁器时代，其实就是铁器铸造时代。当时主要有两种铁。一种可以统称为“锻铁”，一般是通过块炼铁法还原铁矿石，再进行锻造处理而得到的。性能好，直到西汉都是制作钢制兵器的重要材料；另一种叫“铸铁”，其反应温度高于制块铁，成品会是液体，可以直接铸造。铸铁的性能很差，甚至比青铜还要差，但由于价格极低，很快就在农具和工具上挤占了青铜市场。整个战国时期，农具和工具逐渐从铜和石头变成了铸铁，但武器一直延续到青铜时代。毕竟没有人会拿自己的人生开玩笑。铸铁性能差，锻铁在那个时期很少见，所以大家都继续用青铜。直到汉朝大力推广钢铁技术，钢铁兵器才最终取代青铜兵器。

▲战国时期铸铁的广泛使用，把中国带入了铁器时代

从《秦剑》的创作中探索它的真实

根据秦始皇陵一号兵马俑坑发掘报告中秦剑的检测，表面(边缘)含锡量为31%，内部(中心)含锡量为21.4%。内外锡含量差异的原因是铸造过程中锡的反向偏析(反向偏析)。青铜合金凝固时，锡和铜形成固溶体。高锡合金铸造时，表面含锡量高，内部含锡量低，会出现反偏析现象。鄂州博物馆董在《战国青铜剑铸造工艺及“斩杀靶”研究》中也支持同样的说法:锡青铜结晶后形成α相固溶体和(α+δ)共析结构。根据铸造科学原理，结晶速度快的零件中(α+δ)共析体相对较多，而结晶速度慢的零件中α固溶体相对较多。在力学和物理性能方面，δ相比α相更硬，剑体内各部位的厚度差异较大，导致高锡绿色铜液凝固后各部位的硬度值不同。从这把青铜剑的硬度值，可以得出一个规律，就是剑的厚部硬度值相对比薄部低。由此我们可以得出以下推论:在腔体充入高锡绿色铜液后，结晶速度快的零件在凝固过程中硬度值相对高于结晶速度慢的零件，结晶速度越慢，硬度值越低。在剑体中，刀刃最薄，铸造后凝固最快，结晶最早。金相组织中δ相含量最高，其硬度值自然高于剑体其他部位。

过去认为这种内外含锡量的差异带来了“内韧外坚”的效果。但需要注意的是，这种现象可能会造成内外成分不均匀，降低合金的力学性能，使显微组织更加疏松。此外，秦剑的锡含量已达到21.4%，表面锡含量为天降的31%。我们很快就会发现，如此高的含锡量已经在秦剑造成了很大的缺陷。

▲董亚贞先生修复的战国青铜剑

多好的剑啊

判断一种材料的性能需要综合看其各种数据:强度(抗拉强度)，可以理解为剑抵抗外力变形的能力。值越高，材料变形的可能性越小；塑性(延伸率)可以理解为剑在折断前所能承受的最大变形程度，也影响冷加工的可行性；硬度可以理解为剑切割其他物体的能力，硬度最高的自然物体是钻石。对于剑之类的剑刃，这三个属性都不能忽略。

对于一把好的剑来说，它的刃材需要更高的硬度和强度，这样才能在不损伤自身的情况下切割其他物体，而其他部位则需要更好的塑性和强度，这样在受到外力冲击时才不会折断。在古代，钢铁剑通常通过“表面渗碳”、“局部淬火”、“包钢”和“埋钢”的方式来达到上述目的。

▲罗马剑软硬钢组合

▲日本刀软硬钢组合

含锡量的秘密

与钢不同，青铜作为铜锡合金，其性能主要受锡含量的影响。

随着锡含量的增加，拉伸强度在锡含量为18%时达到峰值，然后迅速下降。当锡含量超过3%时，伸长率(塑性)不断降低，当锡含量超过22%时，伸长率接近0%，而硬度随着锡含量的增加而不断增加。当锡含量超过20%时，青铜不仅塑性极低，而且完全不能变形，强度急剧下降，在工业上没有实用价值。

▲青铜性能与锡含量的关系

对于含锡量低的青铜，塑性(延伸率)值较高，冷锻可以提高性能。冷锻是古代文明中常见的青铜再加工工艺，对青铜和钢有很好的作用，主要是提高其强度和硬度，降低其塑性。比如含锡9%的青铜冷锻到原来厚度的1/2，强度会从300mpa左右增加到500mpa左右，硬度会从90HB左右增加到150Hb左右，塑性(延伸率)会从50%下降到20%。其综合性能甚至高于低碳钢。这也是古希腊罗马在早期使用钢制武器时没有放弃铜合金装甲的原因:一是钢板装甲的热处理工艺不成熟——这要等到中世纪末期；其次，锻造铜合金装甲的性能并不比锻钢装甲差，还具有易成型的优点。

对于高锡青铜，情况正好相反。它的高硬度和极低的塑性直接使冷锻不可行。为了制造武器，高锡铜需要进一步的热处理，如淬火和退火。需要注意的是，淬火钢会大大提高钢的硬度，但与淬火钢相反，淬火青铜可以提高青铜的塑性，但会大大降低青铜的硬度——类似于降低锡含量。退火青铜和退火钢的效果一样:提高青铜的塑性，降低青铜的硬度。中科院自然科学史研究所的何考察了66件西周至战国时期的刃器，其中两件已经淬火，国外古希腊和意大利古文明也有高锡青铜淬火的记载。

但秦剑的生产与上述不同，硬度在200HB以上，含锡量在20%左右，说明没有经过淬火、退火等热处理来提高塑性——当然不可能采用冷锻工艺。事实上，秦剑是中国古代最简单也是最常见的青铜铸剑方法:一步成型，无需热处理或冷锻，铸造后经过磨练，大功告成。因此，秦剑的表现非常不幸。

实用武器？

就综合性能而言，纯铸青铜剑含锡量在10-15%左右，冷锻青铜剑含锡量在5-10%之间，是一个比较好的平衡区域。锡低，剑的硬度和强度不够；锡高时塑性不足，强度会迅速下降。

秦剑成分试验表明，秦剑锡含量波动较大，最低为18.02%，最高为31%，一般在21%-22%左右，越靠近表面，由于反偏析的缺陷，锡含量越高。0421剑的硬度为22-24hr c-约200 HB-与未淬火的中碳钢相近。另一秦剑的实测数据为:表层最外层为321Hv，表层靠近中心254Hv，靠近剑体220Hv，剑体185Hv。

与上图相比，我们可以发现秦剑最高含锡量的硬度接近370HB，抗拉强度降低到120mpa，塑性(延伸率)为0%。其他地区平均硬度在200HB左右，抗拉强度在300mpa以下，塑性(延伸率)在1%以下。总的来说，秦剑的硬度不错，但强度较低，甚至比低碳钢还要差，仅相当于含锡10%的铸造青铜；至于塑性(伸长)，忽略了就太可怕了。要知道普通钢的塑性(延伸率)在20%以上，即使含锡量为10%的青铜也有10%的塑性(延伸率)。

可见，秦剑是一种硬脆材料，其性能值与普通玻璃和陶瓷非常接近。不用说，与钢铁相比，甚至与同期青铜兵器相比，甚至比它早一千年，性能都是落后的。即使在战场上，这种武器也需要小心保护。一旦与其他武器相撞，对手的武器将只有一个缺口，秦剑将被分成两部分...这是青铜剑工艺的巅峰吗？

▲公元前1700年至1600年的一把北欧青铜斧

以上述斧头为例，含锡量为8.8%，刀片经过良好的冷锻。最高硬度达到250HV(约238HB)，抗拉强度可达700mpa。而脊部保持280mpa的抗拉强度和10%以上的延伸率，可以说是刚柔并济，可见冷锻法对青铜性能的提高有多大。可以和只靠铸造的秦剑相比:除了边缘硬度差不多，边缘强度是秦剑的2倍，脊的塑性是秦剑的10倍以上！

即使与著名的王月勾践剑相比，秦剑也毫无优势可言。由于同样的反向偏析作用，勾践剑的锡含量由内向外约为15%-20%，硬度约为100-200HB，强度约为350mpa，塑性高达4%。除了硬度略低于秦剑之外，其他两项性能均可与秦剑媲美。

长度是一把双刃剑

俗话说，一寸长一寸强，但另一方面，武器的长度必须适应军队的具体作战方式，而不是越长越好。古希腊军队在方阵战术成熟之前使用了近1米长的剑，但后来为了适应方阵内拥挤的作战环境，采用了较短的西磷和科皮斯。为了配合其标志性的盾形盾，古罗马军团的步兵剑从共和后期到帝国初期有一定的缩短趋势。

▲方阵对抗中，密集整齐的队列是成功的关键

再看秦剑，剑的长度是否意味着精湛的工艺？事实上，如果把秦剑与春秋战国时期的其他青铜剑相比，它80厘米以上的长度可以脱颖而出。更长的剑刃使得手持秦剑的士兵可以更早地击中对手。但青铜剑的长度普遍较短，这其实有其客观原因。通过对战国时期出土青铜剑的成分检查，表明这一时期青铜剑的锡含量普遍高于前商周时期。铸造青铜剑，武器硬度增加，但脆性也大大增加。这个时候已经有一部分士兵装备了皮甲，更何况钢甲已经投入使用了。《战国策》有云:“武干之剑，肉验断，金验断；打在细柱上，折为三，打在质石上，折为一百。”可见，当时的青铜剑在直接面对硬物时，往往是“碎成三片，碎成数百片”。2007年央视寻宝节目，出了点意外。礼仪小姐动了手，青铜古镜从盒子里掉在地上，摔成了许多碎片。要知道铜镜的含锡量一般在20%-30%左右，和秦剑差不多...

秦剑是战国时期已知最长的青铜剑，锡含量也是最高的之一。虽然它在杀伤距离上有优势，但作为一把长剑，它在战斗中比短剑更容易折断——更不用说秦剑的山脊厚度只有0.8厘米，它糟糕的金属性能使得人们可以说秦剑只是比勾践这样的短剑更容易损坏。以秦剑的表现，别说穿透敌人的装甲，一旦碰到硬物，首先要担心自己的破损。

总而言之，作为一种又长又薄、易折叠、又硬又脆、易破的武器，秦剑在两千年前的战场上领先的可能性非常小。

镀铬技术领先世界2000多年？

据说秦剑表面有一层厚度为10微米的铬盐化合物。这一发现立即在世界范围内引起轰动，因为这种“铬盐氧化”处理方法是近代才出现的先进技术。德国1937年发明，美国1950年发明，申请专利。

事实上，镀铬技术并不是秦剑独有的。到目前为止，除了秦亡之外，至少有六篇文章中出现了类似的含铬物质，时间跨度从西周初年到汉代约1000年。然而，何并不认为铬是故意渗入的。在《几种表面含铬青铜器的分析》中，何先生提出了以下五点理由:

第一，案例少，古代含铬青铜样品不足10件；二是表面铬含量低，10个分析点的平均铬含量为1.056%，从样品表面的平均成分来看，铬含量低于锡、铜、硅、铅、铁、铝、硫；第三，如果是故意渗透，其目的很难理解，没有装修或防腐的实际依据；第四，表面铬含量略有波动，铬含量不均匀会使表面出现斑驳；五、无相关文字记录，传统流程无类似操作。结论如下:“6个样品未进行人工渗铬，表面铬在使用和埋藏过程中意外渗入”，指出秦俑坑情况类似。《中国古代军事工程技术史》也指出，铜兵器表面的铬含量并不比铁、铝、硅等杂质高。人们普遍认为后者是土壤腐蚀的结果。所以不能完全排除土壤腐蚀导致铜武器表面出现微量铬的可能性。

秦剑可能只是和他一起埋葬的一个幽灵

面对网上热炒的秦剑“削铁如泥”、“记忆合金”等谣言，学术界有人已经指出，这些说法毫无根据，不真实。刘占成先生参与了几十年的兵马俑坑考古发掘，亲眼见证了秦剑的发掘，亲自捧着秦剑的实物。他尖锐地指出:“……就表现而言，秦剑脆弱不堪。俑坑里出土了许多断刀后的断骨，正好反映了秦剑的脆性特征……”并进一步推测，秦剑的主要作用是穿戴和显示他的地位、指挥、守卫和奖惩。

▲复合剑体横截面铸造两次，在剑芯和剑刃处获得完全不同的结构

但从作者的角度来看，秦剑的主要作用是和他葬在一起。作为鬼，它的性能自然不需要很高的要求。纵观我国战国时期的青铜剑，有的长度较短，有的含锡量适宜，有的经过淬火处理，甚至出现了复合剑技术。无论哪种剑，它的性能都远超秦剑。秦军不需要花费大量的时间和精力来制造这些几乎不会引发战争的玩具。作为佩戴、奖励和惩罚，秦剑自己的装饰并不豪华，工艺也不复杂，也没有很高的价值；作为指挥官和守护者，可以使用普通实用的青铜剑。

从最前沿来看，兵马俑出土的秦剑从未被使用过。所以秦剑真正的特色大概就是陪葬品，最大的作用就是陪皇帝睡地下。