中國從唐代開始就已經將火藥用於軍事，到南宋時期為了對付北方興起的蒙古帝國，更是將火藥武器發揚光大，這時已經發明身管武器突火槍。但是侷限於火藥配方威力不足，火器的製造材料多種多樣，所以這個時期的火器只能當成輔助武器使用。
火器真正獨當一面要從元末明初的農民戰爭開始，當時為了爭奪南中國的控制權，朱元璋和長江中游的陳友諒、下游的張士誠大打出手，因為朱元璋當時實力最弱，沒辦法只好大量發展火器這種新式武器。
朱元璋利用火器先後打敗了各個農民割據勢力，趕走了蒙古人建立了明朝。明朝的建立，使我國封建社會發展到了一個新的歷史時期。當時，社會經濟十分繁榮，農業、手工業和商業極為發達，海外貿易非常活躍，新的生產力和生產關係處在萌動狀態，資本主義因素開始萌芽，科學技術進步出現了明顯的轉機。
所有這些新的進步的因素，為明代的兵器特別是火藥、火器發展提供了物質技術基礎。加之有明一代，北方長期受到遊牧部落貴族統治者的騷擾，東南沿海經常遭受倭寇的侵掠，因此為了鞏固邊防，抗擊外族的進犯，明代統治者十分重視國家武備，對火藥、火器尤為重視，朝野上下視火器為禦敵長技。在這樣的歷史背最下，明代的火藥、火炮迅速發展起來，出現了我國火藥火炮史上的鼎盛時期。
從明初火器作為明軍的主要兵種加入作戰序列，在永樂年間甚至出現了全火器部隊神機營。這時期經過從宋代到明代幾百年的摸索，工匠已經可以使用金屬作為火器的主要材料，各種身管武器層出不窮，為朱元璋能佔領全國立下汗馬功勞。
明王朝建立後朝廷對火器的開發並沒有停止，在明中期各型武器已經具備近代火器的基本特徵，比如火銃具有望山、扳機，火炮具有炮耳、炮架。
在明朝萬曆時期，廣東明軍將沉沒於珠江灣的荷蘭商船打撈出水，發現上面的火炮比自己使用的火炮先進不少，馬上上報朝廷開始仿製。這個時期明代科技實力不比西方差多少，所以很快就將這種西方大炮仿製出來，朝廷特命名為紅夷大炮，在遼東寧遠城打死努爾哈赤的，正是這種仿製的紅夷大炮。
紅夷大炮威力巨大，但是明朝仿製的火炮還是不如原裝的厲害，沒辦法為了增加威力和射程，只能增大炮身的厚度，這樣一來火炮最為重要的機動性就沒了。
這也是沒辦法的事情，火炮外型很好仿製，但是具體鑄炮方法和原材料的製造這個靠仿製是學不會啊。明代鑄炮的方法還是泥範法，也就是從中國古代使用的翻砂法發展出來的工藝。
泥範法在西周時期就在使用，當時主要用來製作青銅器。泥範法原理十分簡單，先用細籮篩制白泥，剔除石子和雜物。然後將調合均勻的泥土拍打成平泥片，等泥片半乾後按照所鑄造的火炮的形狀製成幾大塊泥漠，而後晾乾，或用微火烘烤，修整剔補範內面的瑕疵，做到儘量光滑，這就成了鑄造所用的外範。
然後用相同工藝製作內範，外範分為幾個部分，內範是一個整體。但是要比外範要小，和外範相差的尺寸就是大炮的厚度。也是等到裡外全都乾透，將內範倒置於底座上，再將外範置於內範周圍。外範合攏後，用膠泥把外範封死，等到膠泥乾透後，再蓋上上面封閉的範蓋，範蓋上至少留下一個澆注孔。
然後就是澆鑄了，將融化的青銅溶液沿澆注孔注入，等鐵液冷卻後，打碎外範和內範，將所鑄的火炮取出，經過打磨修整，這就是紅夷大炮的製作工藝。
這種工藝不能說不好，泥範法工藝簡單，原材料可以就地取材，適合大規模生產。可是泥範法制造青銅器可以，使用溫度更高的生鐵就不行了。因為泥範在怎麼陰乾其中也含有氣泡，當溫度高達上千度的鐵水灌進泥範時，其中氣泡就會膨脹，這樣鑄造好的炮身內部就會出現氣泡，這對火炮的使用壽命和威力都有不少的影響。
生鐵的延展性沒有青銅好，加上工藝不可避免的形成砂眼，為了防止炸膛，國產大炮都弄得很重，才有千斤萬斤大炮一說。
從海里打撈出來的原版火炮就沒有這個原因，當然不是西方生產工藝更先進，只是西方將泥範法改成了失蠟法，大大減少炮身氣泡的形成。
馬鋮也不會西方的失蠟法，但是他會一種更簡單、更適合中國國情的工藝，這就是鐵範法。
鐵範法也叫鐵模鑄炮法，發明人就是清末的龔振麟。龔振麟是浙江嘉興縣縣丞，本來和軍火工業八竿子打不著，但是他有個“素有巧思”的名聲在外，鴉片戰爭期間被兩江總督裕謙調到寧波軍營專門負責鑄炮。
當時清朝正在和太平軍作戰，前線大炮損耗多，需求量極大。龔振麟經過幾次試驗，終於發明了鐵模鑄炮法。
鐵模鑄炮法和泥範法差不多，先用熟鐵製造成大小合適的硬模。鑄炮時，先將鐵模的每瓣內側刷上兩層漿液。第一層漿液是用細稻殼灰和細沙泥製成的；第二層漿液是用上等極細窯煤調水製成的。然後，兩瓣相合，用鐵箍箍緊、烘熱，節節相續，最後澆鑄金屬熔液。待澆足熔液，冷卻成型以後，即刻按模瓣次序剝去鐵模，如剝掉筍殼一樣，逐漸露出炮身，再剔除炮心內的泥胚胎，膛內自然光滑。
同傳統泥模鑄炮相比，鐵模鑄炮的優越性在於鑄造出來的炮身品質好，裡外表面光滑，不像泥模那樣會讓炮身產生氣泡。再來就是因為不需辛苦塗制泥模等乾燥，因此製造速度極快，且不受氣候影響。因為模子可以重複使用，生產速度快，產量大，成本可以壓得很低。更大的意義在於標準化製造。標準化批次製造出外形、效能幾乎完全一模一樣的產品，這點對於火炮來說是至關重要的。
馬鋮的辦法比龔振麟的要先進，馬鋮看過後世很多穿越，決定採用後世南北戰爭時使用的身管自緊法。
第一步是和龔振麟一樣製作外範。然後用傳統泥模鑄造法鑄成鐵製內範，這樣就可以用來鑄炮了。因為內範也是鐵製，所以內部是空心的，兩頭各有管道用來進水和排水。
炮身這次不用生鐵，改用低碳鋼。當融化的金屬液澆入模具後，金屬液便開始慢慢冷卻，這時候內模裡的水就派上用場了，靠近內模的金屬液在水的作用下最先冷卻凝結成鋼，而在外層的金屬液冷卻較慢。
因為熱脹冷縮的原理，等到整個鑄件都冷卻完畢後，外層後冷卻的部分就會緊緊地箍住內層先冷卻部分，這樣整個鑄件就會產生一個向內緊箍的力，就是有了這個力才使得炮管能夠承受更大的膛壓。這種內模控制冷卻的方法可以有“身管自緊”的效果。
經過身管自緊工藝的身管，使用壽命大為延長，還能大幅度的減少身管厚度，減輕重量，增加火炮的機動性。
當然這只是馬鋮臆想出來的辦法，具體怎麼辦還需要宋應星去實際操作，馬鋮可不具備動手能力。
當時馬鋮將圖紙和自己寫的鑄炮方法交給宋應星，宋應星看了看並沒有什麼，只是表示要先研究一下。這一研究就研究了三個月，原本馬鋮已經對能不能產出合格的大炮死心了，沒想到這時宋應星送來訊息，讓馬鋮來一趟，鑄炮的事情有眉目了。
馬鋮來到鑄炮車間正看到宋應星指揮工人在忙前忙後，這老傢伙幾個月不見胖了不少，馬鋮為了讓老傢伙滿意，在物質條件上儘可能的滿足老傢伙，除了將宋應星的兩個兒子送去給錢謙益當徒弟，還花了五百兩銀子從勾欄之中贖了一個清倌人，交給老傢伙宋應星糟蹋。
不過有付出就有回報，現在的回報就是宋應星終於給馬鋮搞出火炮了。
馬鋮雖然在心中叫宋應星老傢伙，但是表面上可不敢有半點不恭敬，因為這個時代講究天地君親師，如果你對自己老師不尊敬那基本在社會上沒法混了。
馬鋮還有遠大的理想，所以雖然心中罵宋應星老傢伙，但還是躬身上前行禮道:“徒弟馬鋮，拜見老師！”
現在雖然是十二月份，但是因為這裡是鑄炮車間，裡面的溫度還是很高的，宋應星擦了擦臉上的汗，看到馬鋮後說道:“仲和你來了，為師這次終於不負眾望，將你的那個鐵模鑄炮法搗鼓出來，今天就是第一次澆鑄，所以讓你來看看！”
馬鋮聽宋應星說完大拍馬屁:“老師果然天縱英才，徒弟只是個想法，根本沒想到能不能成，沒想到老師竟然成功了，徒弟真是佩服的五體投地！”
宋應星揮了揮手打斷馬鋮的馬屁:“好了，現在稍等片刻，一會兒就要開始最重要的澆鑄了！”
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