穿越大明之朕有帝国时代系统 第171章 铸炮技术的突破

第171章铸炮技术的突破(第1/2页)

南海子·大明火器厂试炮场

腊月的寒风掠过空旷的试炮场，卷起地上的尘土和枯草。

与京城年关将至的喧嚣不同，这里的气氛凝重而紧张，空气中弥漫着硝烟、铁锈和一丝不易察觉的焦灼。

试炮场中央，四门黝黑锃亮、造型迥异于传统明军火炮的新式大炮，如同沉默的巨兽般一字排开。

炮身线条流畅，炮口高昂，在冬日惨淡的阳光下闪烁着金属特有的冷硬光泽。

炮身关键部位，如炮耳、炮口等处，可以看到锻造精良的熟铁炮箍紧紧箍住，更显坚固。

周围，一群身着粗布短袄、脸上沾着煤灰和汗渍的工匠们正紧张地进行最后的检查，低声交谈着，眼神中既有期待，也有一丝难以掩饰的忐忑。

人群中，一个身影格外显眼。他身着七品文官的青色鹭鸶补服，这本该是代表身份与威严的官袍，此刻却显得异常“狼狈”；

他袖口沾满了黑乎乎的油污和铁锈，下摆甚至被火星燎出了几个小洞，衣襟也皱巴巴的。

头发有些凌乱，眼窝深陷，布满血丝，显然是连日操劳、睡眠不足所致。但那双眼睛，却异常明亮，紧紧盯着眼前的四门大炮，闪烁着近乎狂热的专注与期待。

此人正是大明火器厂主事——孙元化。

几个月前，他还只是一个醉心于火器奇巧、屡试不第的举人。谁曾想，因缘际会之下，他精心绘制的火器图说，竟入了深居宫禁的年轻皇帝的法眼！

一道圣旨，将他从江南召至京师，委以重任，成了这新设火器厂的主事。这份知遇之恩，让他感激涕零，更激发了他胸中压抑已久的抱负。

特别是数月前老师亲自送来、由陛下特赐的几门“天启四马重炮”。

那精妙绝伦的设计、远超明军现有火炮的威力和射程，让孙元化如痴如醉。

他废寝忘食，日夜钻研，带领工匠们反复拆解、测绘、试验，誓要将这“天启四马炮”的精髓吃透，并融入大明自身的工艺之中。

然而，最大的难题在于铸炮之法。传统的泥范铸炮，工序繁琐，耗时漫长，且成品率低，炮身常有砂眼、气孔，极易炸膛。

更棘手的是，大明缺铜，纯铜炮造价高昂，难以大规模装备；而纯铁炮，受限于当时冶铁工艺（杂质多、延展性差），同样面临炸膛风险。

孙元化没有退缩，他大胆地抛弃了沿用数百年的泥范法，提出了一个创造性的想法——铁模铸炮！

用铸铁制造可重复使用的模具，此法一旦成功，将极大缩短铸炮周期，提高成品率。但难度也极高，对铁模的精度、耐热性、脱模技术都是严峻考验。

同时，为了解决材料问题，他结合自己前期铸炮的经验和从天启重炮中获得的灵感，创造性地提出了铁芯铜体复合结构的铸炮方法：

先制作好铁胎，待其冷却后，再将铜水浇筑在铁胎外，形成铜壁，利用铜冷凝时的收缩特性压紧铁胎，使两者紧密结合。

用后世科学的观点来讲，这一工艺可以说是材料力学与热加工工艺的完美结合：

一方面，铸铁具有高硬度、高抗压强度的特性，能够有效承受火药燃气爆炸瞬间产生的超高膛压，可以为炮身所需的结构刚度和强度基础。

而外层铜体的延展性好，可缓冲应力，减少炸膛风险，同时铜的致密性好，能降低火药燃气泄漏，提升火炮射程和精度。

特别是在在高温铁芯上浇铸熔融铜液，利用巨大的温差：确保铜液流动性极佳，能充分填充铁芯表面的微孔和缝隙。在铁芯与铜液的界面发生元素扩散，形成一层冶金结合层。

冷却过程中，铜的收缩率大于铸铁。冷却后，铜层对铁芯产生强大的箍紧力，提高了铁芯在承受膛压时的抗拉强度。

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另一方面：由于铜层提供了良好的韧性和应力缓冲作用，铁芯的厚度可以大幅减薄（减少40%），同时复合结构的整体抗压强度反而提升五成。

这使得火炮在保持甚至超越威力的前提下，重量减轻三成，机动性显著提高。

而且采用铁芯铜壁工艺制造的火炮，相比全铜炮可节省约70%的铜料，且管壁较薄、重量较轻，铸造花费也相应减少。

此法通过复合结构实现了性能和成本的最优解，在17世纪上半叶处于全球领先地位。

例如崇祯十五年使用此法铸造的“定辽大将军”铜炮，全长3.8米，内径10厘米，采用该工艺后耐用性比纯铁炮提高5倍，早于美国南北战争时期的罗德曼法200余年，

为了这个目标，孙元化几乎住在了火器厂。他与工匠们同吃同住，在炽热的熔炉旁挥汗如雨，在冰冷的铁模前反复调试。

失败了一次又一次，图纸堆满了案头，废品堆成了小山。他那身官袍，便是无数次亲临一线、与工匠们并肩奋战的见证，早已不复当初的整洁。

“孙主事，”一位头发花白、经验最丰富的铸炮老师傅走上前，声音带着一丝沙哑的激动，

“四门炮都已检查完毕，铁模严丝合缝，铜壁浇铸均匀，无砂眼、无气孔！铁胎铜壁结合处也打磨光滑，堪称……堪称完美！”

老师傅的手微微颤抖，他干了一辈子铸炮，从未见过如此精良的炮身。

孙元化伸出手，粗糙的手指缓缓抚过炮身那独特的、由内而外透出的金属质感。内层是深沉坚硬的铸铁，外层则是相对温润的铜，两者在高温下熔铸结合，浑然一体。

“孙主事，您看这结合处……”老工匠头儿老张凑过来，指着炮身中段一处接口，声音带着一丝忐忑，

“按您说的法子，铁芯刚铸好，还烫得吓人，咱就赶紧浇铜……这铜汁子跟铁芯子，真能‘咬’得这么死？”

孙元化用力按了按那结合部，感受着其下传来的坚实触感，脸上露出一丝笃定的笑容：“张师傅，放心！这法子，妙就妙在一个‘趁热’和一个‘咬合’！”

他指着旁边一块冷却的边角料断面，对围拢过来的工匠们解释道：

“各位师傅请看此断口：内里铸铁为芯，性刚，承力之骨也；外层裹铜，性柔，纳力之皮也！”

他拿起一块小铁片，用力掰了掰，铁片纹丝不动，却发出脆响：“寻常铁炮，便如这纯铁，硬则硬矣，却少了些回劲。

若炮膛内药发之猛力骤集，便如以石击卵，稍有些微砂眼、应力，便要崩裂——此乃往日炸膛之根由！”

又取过那薄铜片，以指弯折数次，铜片弯而不断：“铜则不然，其性柔而有韧性。咱这铁芯铜体炮，妙就妙在‘刚柔相济’！”

他指向炮身，语气愈发笃定：“药发之时，膛内雷霆之力，首冲铜层。这铜皮先受其力，柔化之，再散于全炮。

如此一来，铁芯所受之力便缓了几分，且匀了几分，不致于一处受力过巨而崩裂。”

“更有一层，”他加重了语气，“铜善导热。炮内药火之烈，可借铜层速散，不使积于一处而烧炙铁芯。铁芯不受骤热，铜皮缓其猛力，这炮身自然稳如泰山！”

一番话，以工匠们熟稔的“骨”“皮”“刚柔”作比，却又句句落在器物特性与受力之理上，既通俗晓畅，又透着股子格物致知的道理。

张老头恍然大悟，拍着大腿：“原来如此！妙！妙啊！主事！您这法子，神了！简直是鲁班爷再世！”

旁边另一位负责材料的工匠也忍不住插话，脸上带着精明的笑容：“主事，还有这用料，省大发了！铜多金贵啊！咱这铁芯铜体的法子，比造纯铜炮，足足省下四成的铜料！”