2.26 漫长的等待

    三台折射式望远镜早已制作完工，望远镜为单筒式正像镜，镜筒采用铜材铸造，并且有了简易的齿轮齿条式调焦机构，虽然不比后世的观鸟镜或大倍数业余望远镜，但在视野良好的情况下已能将三十多里外的人影看得清楚了。史冀拿到这三台望远镜之后对其赞不绝口，已将其当作最重要的宝贝，派人妥善保管了起来。

    范东来自从有了那台银制的反射式望远镜之后，每晚住在天象台的次数也增多了，星图上又多了许多新的天体，但他白天大部分时间却在实验室中忙碌，更不忘记写写画画，竟然又将摆钟进行了一系列的改进，现在已设计出了三种体积更为小巧的摆钟来。从图纸上看，最小的摆钟只有一尺多高，并且可以挂在墙上，虽然摆钟的齿轮也因此而变得更小，但宋朝时的铸造水平已能满足此要求，原因是，即使齿轮的齿面曲线形状再不精确，但传动比却是不会变的，而一旦调好了钟摆的频率，便可以将齿轮本身的精度忽略不计，因为这并不影响摆钟走时的准确性，只是会增大些磨擦，又或是加快齿轮的磨损而已，然而这在小负荷的情况下又可以不考虑磨损问题。李不伟看了范东来的设计，也对其颇为赞赏，新的摆钟已将时针与分针设计为同轴，这种设计虽然增加了铸造难度，但又大大减小了摆钟的体积。后来，李不伟又参考后世的闹钟，提议加入定时的功能，范东来听得此建议之后如获至宝，又重新忙着写写画画去了，只是以目前的条件，所谓的定时功能，无非也就是一个木球从上面掉下来，然后砸到一个类似木鱼的东西上，发出‘铛’的一声而已，如想再定时，就将这木球再放回原处，等着下次再落下来便是。

    而此时，杨万景也终于有消息传来了。

    这一日，李不伟正在辩理院与王思维、石仲秋、史可等人商议着下一步的教学计划，忽然有人来报，说是杨万景在外求见。李不伟当时就跳了起来道：“快！马上请进来！”在李不伟想来，杨万景平日是不会来辩理院的，如今他既然前来，就应该有好消息才是。果然，过了一会就见杨万景兴冲冲地走了进来，又有一人抱了个小木箱，杨万景稍一示意，那人便将木箱放在了桌上，只听的‘嗵’的一声，这木箱竟然颇为沉重。李不伟喜道：“杨大人可是带来了什么好消息？”

    杨万景掩不住脸上的兴奋之情，忙上前打开了箱子，李不伟凑过去一看，只见箱子里面摆放了十几块铁条，这些铁条有十几厘米长，手指般粗线，齐齐地摆放在一起，另外，还有两把已打造成型的匕首，看样子与李不伟送给史冀的那把极为相似。杨万景拿出其中的一把匕首道：“大人您看，这把匕首便是按照大人所说的方法，经过高温回火处理所得。具体的做法是将淬火后的匕首再加热到大人所说的温度，然后在空气中自然冷却，此时所得到的刀片已有足够的韧性，再进行局部淬火之后，刀刃部分的刚性又丝毫不减。”说着，杨万景又拿出另一把匕首道：“这把匕首的调质处理是采用以前的方法，只是韧性要比前一把差上许多了。不过这两把匕首所采用的钢质，正是按照您所所说的方法，铁是用焦炭炼制而成，然后经过多次锻打成形，最后又进行渗碳处理。只是我们仍未完全掌握此种渗碳方法，这次在试制的时候，因为高压舱的设计有些不太合理，已经爆了多次了，不过目前我们又找到了另一种解决办法，可以避免类似事故的再次发生。”

    李不伟听到这里，已明白杨万景所说的正是将铁锭经过锻打成型，再由淬火提高硬度，然后进行回火以提高其韧性。按李不伟的要求，回火温度应该控制在250度左右，只是他一时不知应该如何描述这个温度，所以当时在册子上也仅仅写了个大概，只说是让杨万景在具体cao作时自己把握，至于最后进行渗碳处理，则是提高表面硬度的一种方法，杨万景自是知道此工序的用途。现代渗碳方法较为复杂，如气体渗碳还要监测氧浓度、碳浓度等多项指标，这以目前的条件显然是根本无法办到的，因此李不伟只是参考《大百科全书》设计了一个简易的管式渗碳炉，他也不知道能否管用，只是叫杨万景做好了之后自己试试，如今听李万景如此一说，便知道这种渗碳设备已起了效果，不由得大喜过望，忙问道：“这两把匕首比起史将军那把如何？”

    杨万景有些不好意思地笑笑，道：“其实我们也曾试过，试刀最直接的方法便是两两对砍了，但是史将军舍不得用刀锋试，因此我们用刀背进行了对撞，却发现这两把匕首与史将军的那把比起来还是差得很远，但与那些************却相差无几了。”说到这里，杨万景又露出一丝得意的神色。

    其实，真正的大马士革钢又称为结晶花纹钢，是一种古代粉末冶金和锻造技术完美的结合。************通常都带着波形的花纹，这些花纹并非后来刻上去的，而是两种性质不同的材料，亮的地方是纯的雪明炭铁，其硬度比玻璃还大，暗的地方的结构是沃斯田铁和波来铁，韧性又极好，这就使得************上不仅具有异常锋利的刀锋，而且也拥有坚韧不易折断的刀身。李不伟也是在查阅世界各地的冶金历史这一章节时，才将这种钢刀与钢材又仔细地看了一遍，自然也知道这种军刀的厉害，如今杨万景已能达到这个程度，也着实不容易了。

    李不伟此时心中甚喜，又忍不住问道：“杨大人这几个月除了制作匕首，想必应该还另有收获，不知道还有什么好消息？”杨万景忙道：“其实做这两把匕首完全是为了验证钢材的质地，倒也不是为了专门制作匕首。”说着，又从箱子中取出几块条状的铁块，道：“大人请看，这是您所说的车刀，下官手中拿着的这两个是粗车用的刀具，这种刀具的制作方法为：先将铁碇经过锻打成形，进行渗碳过程，再将前部进行夹钢处理，然后用砂石磨出刀口基本形状，再进行刀口的精细磨制，最后进行调质处理，如今这些刀具已能够轻松地削掉普通铁质材料的表皮了。我与铁厂的胡大人已进行过多次试验，如果切削时用力均匀，并且一次切削不要太厚，刀口基本没有什么损伤，只是这批刀具制作起来极为费时，不仅刀口需要经过多道工序加工，而且刀体也要经过强化，否则如有弯曲，必将影响到精度，而且也不易被夹具固定，会使得在制作工件时容量产生误差。”

    李不伟听得刀具也已能够生产，不由得又是大喜过望。其实刀具按种类主要分为外圆车刀、切断刀、螺纹刀、内孔刀、圆头刀等等，杨万景此时拿着的正是几把外圆刀，而车刀按结构又可以分为整体刀具、焊接刀具以及机夹刀具等多种，因为此时焊接显然无法实现，因此目前的刀具大都为整体刀具，不过看这车刀的样子，显然又能够灵活拆卸。

    杨万景见李不伟如此神情，又从箱中拿出另外几种车刀，道：“大人请看，这把是切断用的刀具，另一把是内孔刀具，我们对这两种刀具也经过了详细的试验，结果都还算不错，只不过切断刀的刀口更容易磨损，因此不仅在制作时要严加选材，而且还要想办法提高成品率。至于内圆刀具，则在固定时又不容易掌握其位置，容易造成些误差，不过我们已将夹具进行了改进，也算是解决了一些问题。”李不伟此时已不知道该说些什么，只是连声道：“好！好！好！”他显然没想到杨万景竟然能制作出这么多种类的刀具。其实，宋时的冶金业极为发达，当时的铁雕技术已能将一块熟铁锭雕刻成各种形状，而雕刻所用的刀具也是按这种方法制作的，只不过杨万景在拿到李不伟的那本册子之后，又与铁厂众人研究了数日，将冶炼工艺进行了多项改进，同时在调质处理上也采用了更多的先进技术，因此这次制作出来的刀具自然比寻常的雕刻用刀更为适于连续切削了。

    过了一会，李不伟终于回过神来，忽然又想起一事，道：“杨大人这几个月果然没白忙，竟然已能制作出种类如此之多的刀具，不过这种刀具倒也不用大批量制作，只要保证每天制出几十个就可以了。”杨万景听得一怔，脸上的笑容忽然消失，又面露难色道：“大人，以目前的条件来看，每天制作几十把车刀还是比较困难，因为刀具的磨制就极为复杂，而且刀具的安装面还要有一定的平面度，因此每天制作十多把已算是不错了。”李不伟笑道：“杨大人不必着急，待有了新的制作工具之后自然就容易了。对了，这种刀具用于切割铜质合金如何？”杨万景道：“如果用于切割普通的铜材，倒也不太难，但要切割铸剑用的青铜合金，却又有些问题。下官曾与胡大人试过，这种刀具的硬度只比铜剑稍高一点。”李不伟知道铜锡合金的硬度要比普通熟铁要高出许多，因此听了杨万景此话倒也不太意外，这也是因为目前的刀具材质所决定的。其实，车刀通常采用高速钢或合金钢所制造，以目前的情况来看，高速钢刀具显然无法制造，而合金钢刀具也因为冶金业没有发展起来而变得不太可能。李不伟正是清楚这一点，因此对于刀具也没太多要求，只要能切削常见的熟件与铜材便算达到要求了。

    杨万景又拿出另一个圆柱型的铁块道：“大人，其实下官这几个月以来最大的收获并不是制造出刀具，而是这块铸铁。下官先是按照李大人所说的合金冶炼方法进行了试验，却未得成功，后来胡大人将白云石混在铁矿中一起冶烧，然后将所得到的物质与焦炭反复精炼，又参看了汉朝时留下来的一些方法，竟然得到了这种铸铁。”李不伟奇道：“这种铸铁有何特别之处？”杨万景道：“这种铸铁的可锻性极好，而且又特别耐磨，更为奇特的是，其强度竟然不比精钢差多少，而硬度又比生铁要好。”说到此处，杨万景已难掩心中激动，声音竟然有些发颤起来。李不伟闻言吃了一惊，忙道：“杨大人，你再说一遍，都加进了什么东西？”杨万景看李不伟如此神情，知道事关重大，又将刚才所说的更为详细地描述了一遍。李不伟皱眉想了半天，也始终想不出个所以然来，因为按杨万景刚才所描述，这种铸铁正是球墨可锻铸铁的特性，可这种铸铁是在十八世纪才出现的啊，宋朝的工艺怎么可能造出珠光体球墨铸铁呢？李不伟一时猜不透其中原因，心想也许是由于加入了某些添加剂，碰巧能炼出稀土金属，这样一来便提供了更多的晶核，使得石墨刚好能够以球形存在于铸铁中，再或者，这根本就不是球墨铸铁？但无论如何，这种铸铁既然有如此特性，日后定要好好地利用起来。

    其实，在西汉的冶铁遗址中也曾出土了一些铁质工具，后世的科学家们经过现代金相技术检验，发现其中含有放射状的球状石墨，球化率相当于现代标准一级水平。历史上中国古代的铸铁，在一个相当长的时期里含硅量都偏低，也就是说在西汉时期，中国铁器中的球状石墨，就已由低硅的生铁铸件经柔化退火的方法得到，这些虽然是从出土文物中所获，但也可以肯定在一定条件下，古代要制出球墨铸铁也不是不可能的。李不伟自然也知道球墨铸铁的应用十分广泛，如发动机上的曲轴、汽车底盘零件、柴油机体、各种齿轮、高压铁管等都可以用球墨铸铁来制造，而且在加入了铜、锌等金属之后，球墨铸铁又有其它极为有用的特性出现，这也是李不伟在大学刚刚学过的《金属材料与热处理》这一课中所讲的内容。

    杨万景看李不伟在那里低头沉思，一时也不清楚他到底在想些什么，便静静地在一旁等候。过了一会儿又听李不伟道：“杨大人，既然车刀已能够制造出来，不知道其它的车床零件如何了？”杨万景忙道：“大人所画的那批车床零件，目前已有一小部分完工了铸造，底座与导轨采用铜质，当然为了防止热变型，我们在铸出来之后又在常温下进行了尺寸修正，而车轴却是使用刚才所说的那种新式铸铁制造，为了改善轴与轴承的润滑，轴承采用了部分铜质材料，只是……”李不伟忙问道：“只是什么？”杨万景道：“只是这些零件多为铸造所得，自然在尺寸上有些误差，况且李大人对其强度与硬度的要求又颇高，因此难免有一些配合间隙，例如轴承与轴的配合，齿轮与齿条的配合，都存在一些间隙，不过进刀机构倒不存在这个问题，众工匠先是用刮刀进行了修正，又采用对磨的方法，目前可以轻松地来回进退刀架。至于丝杠与跟刀架，却是仍然没找到合适的制造方法。”李不伟点了点头，想了一下又道：“这也难怪，以目前的铸造手段来看，肯定难以达到如此高的精度要求，不过只要能让这些机构动起来，也算不错了。至于更为精密的车床零件，尽早会找到制造办法的，而走刀装置原是要与丝杆配合使用的，既然丝杆还没有制作出来，暂时也没办法调试走刀装置。对了，我上次说的那种钻头是否也能制作了？”杨万景道：“钻头的制作颇为费事，我们按照图样制作了几个麻花钻头，在低速切削时倒不存在问题，可如果转速过高，钻头的切削面就会很快被磨钝，这也许是因为钻头是铸造而成的吧。”李不伟点了点头，又一时沉思不语。

    其实李不伟也知道，以目前的加工工艺，如果采用铸造法进行车床零件的制作，显然是无法满足要求的。例如齿轮之间的间隙会影响主轴转动的平顺性，也会影响走刀与进刀量的控制，而丝杠螺纹的间隙又会影响自动跟刀的精度，所有的这些缺陷都将会转移到工件上去，使得加工出来的工件无法满足精度要求。其实，轴与轴承之间本来也该存在一些间隙，否则两者之间无法形成油楔，就起不到润滑效果了，但李不伟此时哪有时间再讲这个理论，当下只好避而不谈，只是想着倘若这第一台车床制造出来，无论如何也要尽快制造出精度更高的第二台车床。

    接下来，杨万景又给李不伟讲了一下近期的情况。原来，为了完成李不伟交给他的任务，杨万景这几个月大部分时间都泡在钢铁厂，最近一个月更是只回了两次家，平日里都住在铁厂，与铁厂的管事胡永谦一起搞些研究，这才有了今日这些收获。李不伟听得感动，拍了拍杨万景的肩膀道：“杨大人，这些天辛苦你了，当你知道这一个月的努力将会为大宋带来多大的改变时，就会觉得这种付出是绝对值得的，李某在此深表感谢。”杨万景忙道：“李大人客气了，这是下官的份内之事，再说没有大人的提携，又哪有下官的今日。”

    其实，一台车床的设计与制造极为复杂，各个部件的配合公差又要求极严肃，而且又要考虑形状公差、位置公差、平行度、平面度、以及因为运动而产生的公差，这其中涉及到的知识极多，又怎可能由李不伟简单设计一下，再让宋朝的一些工匠用一个月就能制造得出的？李不伟自然也明白这些道理，只不过以目前的情况来看，暂时也只能如此了，再说眼下又不要求制作出其它精密的工件出来。看着杨万景踌躇满志地离去，李不伟一时又陷入了沉思，杨万景此人虽然精于铜铁的铸造，但估计多是靠其经验，如果要进一步提高工艺水平，就必须要掌握一些理论知识。如此看来，随着日后的发展，各个工厂必须要有一定数量的技术人员，但是以目前的情况来看，一些相关的知识还没开始讲授，要找到满足要求的人才仍是不易。

    想到此处，李不伟又做了一个计划，他这几天本来已有些轻松，但这个计划又将使他重新忙碌起来，这个计划就是，他准备开始讲材料、机械以及高等数学的知识了。由于这些课程都没有现成的教材可供参考，因此周依依与香儿便不像往常那样有许多册子需要抄写，但二人也未得轻松。李不伟在大百科全书中选择了一些表格数据，其中包括各种材料的应力极限、热膨胀系数、密度、熔点、硬度，以及各种型材的弯矩计算方法、扭转应力计算方法等等，只不过目前众学者对其中的一些数据尚无概念，例如温度与硬度。此时温度单位尚未确定，李不伟决定采用两种单位，一种是摄氏度，用于日常的温度表示，另一种是绝对温度，以便于工程热力学的讲授，至于硬度单位，则仍然采用莫氏表示法。由于这些常用数据表格都集中在《大百科全书》的附录之中，而这附录又单成一册，也没什么值得保密的东西，因此李不伟便将这本书直接交给了周依依与香儿，由两位姑娘抄写去了，与此同时，李不伟的讲课计划也开始实行了。

    李不伟决定开始机械与材料知识的授课，因为目前各个工厂最需要的就是这两种人才。李不伟将课程分为三大类，一是材料力学，主要讲述各种工件在不同情况下的受力分析，以及承受的各种应力图解，尤其对压应力、拉应力、剪应力进行了详细的讲述，然后再将弯曲应力分为剪应力与正应力进行说明，同时还要将各种型材的抗弯强度计算方法进行详细的讲解，最后才会讲到静不定问题，然而李不伟突然发现静不定问题会涉及到微分方程，因此又决定将这部分内容推后，等高等数学讲完之后再继续。

    机械与机构部分，李不伟准备主要讲关于曲柄连杆机构、齿轮、复杂齿轮组例如星型齿轮机构，然后再讲凸轮机构、以及圆周运动转化为直线运动的凸轮形状，例如等速直线运动需要什么形状的凸轮，匀加速直线运动又是哪种凸轮形状等等。当然，其中最重要的还是齿轮的设计了，齿轮是李不伟讲述的重点，包括直齿、斜齿、以及椎型齿轮，蜗轮蜗杆机构当然也要作为重点。齿轮分类中的渐开线式齿轮，李不伟是作为重点中的重点来讲的，尤其是对于齿轮强度计算这一部分。因为渐开线齿轮间不存在滑动磨擦，也就是说两个齿面从咬合那一刻起，直到它们再次分开，其齿面间没有任何相对滑动出现，而且齿面的受力方面也必定是始终垂直于齿面，因此李不伟对齿根、齿顶的受力情况都进行了极为详细的分析与讲解。

    材料部分是李不伟最为看重的科目，甚至可以说材料决定一切。没有合适的材料，新式火炮的炮管根本无法制出，轴承强度也无法保证，更别说一些机床刀具了。但因为这些知识要讲起来颇为困难，主要是一些研究设备或材料当时根本没有，例如金相显微镜，各种其它的稀土金属等等，因此对于这门课，李不伟在选择章节时颇费了一番心想，最后还是决定不管有没有条件，全部都讲给众学者，至于能理解多少，就看各人的悟性了。

    与此同时，李不伟也开始了高等数学的讲授。经过几日的讲课，这些学者的理解能力之高，学习速度之快让李不伟极为惊讶，以致于后来他一发不可收拾，将各种知识讲得更为深入了。此时李不伟已将到极限，导数，微积分的概念都已讲完，众人意犹未尽，便又讲了对坐标的曲线、曲面积分，对弧长的曲线积分等。至于一些公式如格林公式、泰勒公式、牛顿莱布尼兹定理等，李不伟统统都改了名字，要么以中国古代名人命名，如张衡公式，祖冲之一号定理，要么以概念命名，如曲线积分公式，甚至还有些以自己名字命名的，如李氏十二号公式等等，将西方学术完全归为大中华所有。其实在先前讲的一些公式中，李不伟已有了改名的习惯，只是高等数学中公式更多，因此改名的工作量也更大一些。唯一美中不足的是，高等数学没有现成的课本，但好在李不伟刚学完这门课又不久，内容倒还都记得清楚，因此也没再多查证，直接按自己的记忆讲给了众人，实在遇到不明之处，便又翻开《大百科全书》查找一番，如此一来，高等数学的教材也由众学者的笔记整理出来了。这批学者中的一些人，对有些数学知识感到不解，例如曲线积分这个概念，有人就搞不明白这个知识有什么用。李不伟便耐心地讲道，这些数学知识只是作为以后的物理学，化学的研究工具，到时自然有用，众人这才恍然大悟。

    其实，高等数学的知识对于众学者来说显然太过高深，几百名学者之中只有十多人能够完全掌握，如此看来，在没有初级数学的扎实功底，想要学习高等数学还真是不易。不过关于机械与材料的学科，由于李不伟只是挑了些重点讲述，选择也是极有针对性，因此众人倒容易理解一些。

    在这期间，李不伟给自己每天安排的任务极多，几乎每天都有超过十二小时的讲课，有几天他甚至已感觉有些力不从心，但好在回到家中之后，周依依与香儿对他照顾得极为周到，而香儿更是每天傍晚时分便站在门口等着李不伟回家，看到两位姑娘对自己如此关心，李不伟忽然又觉得精神百倍。

    过了近一个月，李不伟已将基本的知识全部讲完，至于更为详细的内容，他决定不急于一时，因为这些课程涉及到的内容太多庞杂，也不是一时能讲清楚的，但好在李不伟讲课速度极快，众学者一个月便已记录了几百页的笔记，而这些听课记录又正好用于教材编写。此时，皇庄外面的十多个实验室也已修建起来，同时又有一批新的实验室在建，而已修建好的实验室中，各种基本的设施都应有尽有，就差着往进去搬了。当然，李不伟也没忘记同时进行其它的试验，他又安排了以前学习过化学的十几人开始研究水泥、铅笔、玻璃等总共十多种物品的试制。

    李不伟的讲课计划接近尾声的时候，杨万景又有消息传来了。原来在十多天前，杨万景与胡永谦又重新进行了试验，如今经过多次的实验，铁厂已能稳定地小批量产出球墨铸铁了，而李不伟所要求的那批车床零件也都已马上就要制造完毕，估计过几天就可以运过来了。李不伟终于松了一口气。为了制作第一台车床，竟然等了足足四个月，而且还是一台极为简易的车床，看来大宋虽然有着不错的手工技术，但毕竟多凭经验行事，倘若要制作精度较高的工件时，便显得有些力不从心了。

    无论如何，李不伟终于结束了新一轮的讲课，而车床也马上要开始组装了。

    （注：球墨铸铁一说，是从网上查到，说是宋朝以前就有了球墨铸铁。不过文中特意加入了一种配方，看起来好象是为了形成晶核，是否真的如此，显然不得而知。不过加入镁矿石总是没错的。球墨铸铁必须造出来，否则以后的机床没法制作）