metalurgia - Wikilingue - Encydia
Metalurgia designa un conxunto de procedementos e técnicas para extracción, fabricación, fundição e tratamento dos metais e súas vigas.
Desde moi cedo, o home aproveitou os metais para fabricar utensílios, como o cobre, o chumbo, o bronce, o ferro, o ouro e a prata tiveron amplo uso na antiguidade.
Os primeiros altos-fornos apareceron o século XIII. A industria metalúrgica tivo novo impulso o século XVIII coa revolución industrial.
Táboa de contido |
Historia da Metalurgia
Co dominio do fogo, xurdía a posibilidade da metalurgia. Con excepción do ouro e, eventualmente, da prata, do cobre, da platina e do mercúrio, todos os metais practicamente existen na natureza só na forma de minérios , isto é, quedar outros elementos químicos e na forma oxidada, e para extraelo e "purificá-lo" (iso significa separar o metal da súa combinación inicial e transformar este en sustancia simple, ou sexa, reducir seu nox a cero) podemos ter como auxilio o proceso de oxi-redución (eletrólise industrial).
A palabra “metal” vén do grego e significa “procurar, sondar”. O ouro compón 1/200 000 000 da crosta terrestre, e é un dos metais máis raros. Mais probabelmente foi o primeiro metal a ser descuberto, exactamente por existir case sempre en forma de pepita , cuxa cor é un amarelo bonito e que chama a atención. Era extremamente pesado, podía ser usado como ornamento por ser brillante e podía ser moldeado nas máis variadas formas, pois non era moi duro. Alén diso, era permanente, unha vez que non oxidava nin deterioraba.
É probábel que o ser humano iniciase seu traballo co ouro hai máis de dez mil anos. O ouro e, até certo punto, a prata e o cobre eran valiosos debido á súa beleza e raridade e tornáronse un medio de troco e unha excelente maneira de se almacenar riquezas. Ao redor de 640 a.C., os lídios da Asia Menor inventaron as moedas, pedazos de liga de ouro e prata con peso determinado, cunhados cun brasão do goberno para garantir súa autenticidade.
Probabelmente, a primeira produción de metal foi obtida accidentalmente, ao se colocar certos minérios de estanho ou de chumbo nunha fogueira. A calor dunha fogueira (cerca de 200 °C) e o carbón son suficientes para derreter e purificar estes minérios, producindo un pouco de metal. Despois, o estanho e chumbo tamén poden ser derretidos e moldeados nunha fogueira común.
As primeiras contas de chumbo coñecidas actualmente foron encontradas en Çatalhüyük , na Anatólia (actual Turquía), sendo datadas de 6500 a.C. Non está claro sobre cando os primeiros artefactos de estanho foron moldeados, pois este é un metal moi máis raro que o chumbo. Os primeiros moldees de estanho poderían ser tamén reutilizados máis tarde en mesturas con outros metais e, así, térense perdido seus rexistros.
Aínda que o chumbo sexa un metal relativamente común, é moi suave para ter gran utilidade, de modo que o inicio da metalurgia do chumbo non tivo impacto significativo no mundo antigo. Para servir como ferramenta, outro metal máis duro era necesario e, así, xurdiu o cobre.
O cobre
O período calcolítico, ou idade do cobre, fica entre a idade da pedra polida, ou neolítico, e a idade do bronce.
O cobre nativo era coñecido por algunhas das máis antigas civilizacións que se ten noticia e ten sido utilizado polo menos hai dez mil anos - onde actualmente é o norte do Iraq foi encontrado un colar de cobre de 8.700 a.C. Porén, o descobrimento accidental do metal pode ocorrer a varios milenios .
Había algúns argumentos de que o cobre sería o primeiro metal a ser obtido accidentalmente en fogueiras, mais iso parece improbábel, unha vez que fogueiras non son quentes o suficiente para derreter minérios de cobre nin cobre metálico. Un camiño máis probábel pode ser a través dos fornos de cerámica , inventados na Pérsia (Irã) ao redor de 6000 a.C. Fornos de cerámicas, alén de, loxicamente, produciren cerámica, tamén podían derreter correctos quartzos de distintas cores para vitrificar e tornar vasos de cerámica colorados; acontece que a malaquita (un minério de cobre oxidado) é unha pedra verde colorada, e un oleiro que tentase producir algún vidro con malaquita acabaría obtendo cobre metálico. Así pode iniciar a metalurgia do cobre.
O primeiro artefacto de cobre moldeado coñecido é a cabeza dun martelo encontrada en Can Hasan, Turquía Central, sendo datado de 5000 a.C.
Aínda que na época fose un metal raro, indicios apuntan que o cobre foi utilizado no liches da Anatólia en 6500 a.C. en Alaca, necrópole pre-hititas. En diversos sitios daquela rexión existen obxectos que representan touros e cervos do metal. Tamén foron encontradas obras de joalheria e ourivaría, que se presumem ter a mesma datação.
En 3500 a.C. aproximadamente, crese que houbese un rápido desenvolvemento da metalurgia na rexión da Mesopotâmia - e que este pode proporcionar o crecemento tecnolóxico daquela rexión.
Existen indicios en diversos sitios que en aproximadamente 3000 a.C., utensílios de cobre se disseminaram polo Oriente Medio chegando a atinxir culturas neolíticas na rexión da Europa.
Na España e na Hungría, rexións en que o cobre é abondosa, as tribos nômades facían usos de obxectos daquel metal, difundíndoo pola rexión.
O cobre xerou algún impacto no mundo antigo, pois producía boas armas e armaduras razoábeis, mais aínda era moi suave para producir ferramentas de corte útiles. Consecuentemente, a metalurgia do cobre non substituíu a manufatura de armas e ferramentas de pedra , que aínda producían lâminas superiores.
Bronce
O bronce é unha liga de cobre cun metalóide chamado arsênio ou de cobre co metal estanho. A adição de arsênio ou de estanho no cobre aumentou dramaticamente súa dureza, producindo armas e armaduras excelentes. O coñecemento da metalurgia do bronce permitiu aos reis superar seus inimigo e causou tal revolución que marcou o fin da Idade da Pedra e o comezo da Idade do Bronce. Non obstante, pasaron milenios até que o bronce puidese ser usado por soldados comúns e por cidadáns , sendo, por moito tempo, artigo de luxo da nobreza.
Os primeiros bronces de cobre/arsênio foron usados por moito tempo até seren substituídos polos bronces modernos de cobre/estanho ao redor de 1500 a.C. Non se sabe con exactitude se os ferreiros que producían bronce de cobre/arsênio adicionavam conscientemente minérios de arsênio ou se explotaban minas de cobre que afortunadamente contiñan arsênio como contaminante.
Os primeiros bronces de cobre/estanho datan de 3200 a.C., novamente da Asia Menor. Os bronces de cobre/estanho son máis duros e durabades que os de cobre/arsênio e, alén diso, o traballo con arsênio non é seguro, unha vez que o arsênio é un elemento velenoso, podendo ser o primeiro “mal industrial” a atormentar o home. Todo iso contribuíu para tornar obsoleto o bronce de cobre/arsênio.
Como os ferreiros aprenderon a producir bronce con cobre e estanho tamén é un misterio. Tal coñecemento probabelmente xurdiu por un feliz accidente: pola contaminación de estanho en minérios de cobre, aínda que, ao redor de 2000 a.C., saibamos que o estanho xa era minerado para a produción de bronce. Isto é sorprendente, visto que o estanho é un metal semi-raro, e mesmo un minério rico en estanho como a cassiterita contén soamente 5% del. Igualmente, a cassiterita perece unha rocha común, sendo necesario habilidades especiais (ou instrumentos especiais) para encontrala. Mais, calquera fosen os pasos para se aprender sobre o estanho, el xa era ben comprendido en 2000 a.C.
Entre as máis notábeis relíquias da Idade do Bronce están as escrituras épicas Ilíada e Odisseia, nas cales os guerreiros loitaban con armaduras de bronce e con lanzas cuxas puntas eran de bronce.
O minério de cobre non é común, e as civilizacións que usaron o bronce intensamente descubriron ter exaurido o suprimento local, tendo que importar grandes cantidades doutros países. O minério de estanho era aínda peor. O cobre xa non é un compoñente común da crosta terrestre, mais o estanho o é menos aínda. De feito, o estanho é quince veces máis raro que o cobre. Iso quería dicir que polo ano 2500 a.C., tempo en que aínda se encontraba o cobre en varios locais do Oriente Medio, o suprimento local de estanho parecía terse exaurido completamente.
Foi a primeira vez na historia que os homes afrontaron o esgotamento dun recurso natural; non só un esgotamento temporal, como o do alimento en tempos de seca , mais si permanente. As minas de estanho baleiráronse e nunca máis tornarían a se encher.
A menos que o ser humano pretendese se ajeitar co bronce existente, novos suprimentos de estanho terían que ser encontrados nalgún lugar. A busca continuou por áreas cada vez máis amplas e, ao redor de 1000 a.C., os navegadores fenícios superaban a rexión Mediterrânea e talvez xa chegasen a rexións tan distantes canto India, África e Europa.
Porén, nese interim, desenvolvérase unha técnica de obtención do ferro a partir de seus minérios en 1300 a.C., na Asia Menor. O ferro era de purificação máis difícil. Esixía unha temperatura máis alta, e a técnica da utilización do carbón vegetal para ese propósito levou algún tempo para se desenvolver.
Algúns afirman que a Idade do Bronce comeza no período calcolítico, porén a liga nesta época era pouco utilizada. A división do período aínda é polémica, isto ocorre debido á diversidade cultural dos pobos das máis diversas rexións.
A forma encontrada para minimizar a polémica foi dividindo a Idade (Período) do Bronce en tres períodos: Idade (Período) do bronce antigo, (Período) Idade do bronce media e Idade (Período) do bronce recente.
Idade (Período) do bronce antigo
- Idade ou período do bronce antigo: Nas culturas da rexión do mar Egeu foron encontrados sitios contendo vasos e joalheria de ouro , prata, bronce e estanho datadas torno de 2500 a.C. Na rexión de Creta e nas Cíclades, a época chamada de período do bronce antigo se inicia en 2700 a.C. e termina en 2100 a.C. Na rexión continental o período do bronce antigo se inicia en 2500 a.C. indo até 1900 a.C.
Idade (Período) do bronce media
- Idade ou período do bronce medio, se inicia en aproximadamente 2700 a.C. na rexión de Creta e en 2000 a.C. na rexión continental, indo até 1600 a.C. en ambas. Nesta época a metalurgia tivo predominância de vasos , pezas de arte , e utensílios. As armas presentaban grandes dimensións.
Idade (Período) do bronce recente
- Idade ou período do bronce recente, se iniciou en 1600 a.C., se estendendo até 1200 a.C., nos sitios foron encontradas armas de formas e tamaños diversos, alén de obxectos de arte e utensílios.
Outra liga metálica importante xurdida no período entre 1600 e 600 a.C. é unha mestura de cobre e zinco, chamada latão. Esta foi utilizada máis recentemente polos Roma na cunhagem de moedas . Polido, e dependendo de súa composición, o latão ten coloração practicamente idéntica á correctas ligas de ouro -prata, diferindo só en súa masa.
Ferro
Como a maioría de metais, o ferro non é encontrado na crosta terrestre en seu estado elemental, e si quedar# co osíxeno ou co enxofre. Seus minérios máis comúns son a hematita (Fe2O3) e a pirita (FeS2). O ferro funde á temperatura de 1370 °C e, en estado puro, é un metal relativamente suave.
Encontra maior utilidade en ferramentas na forma de aceiro , unha liga de ferro con carbono variando entre 0,02 e 1,7%. Cando fundido na presenza de carbono, o ferro disolve, ao contrario do cobre, considerábeis cantidades de carbono, ás veces chegando a 6%. Tal cantidade de carbono no ferro tórnao quebradiço, e tales ligas non poden máis ser chamadas de aceiro.
A extracción de ferro de seus minérios ocorre coa conexión das impurezas (osíxeno ou enxofre) co carbono. Como a propia taxa de oxidação aumenta rapidamente alén do 800°C, é importante que a fundição ocorra nun ambiente con pouco osíxeno.
O artefacto de ferro máis antigo do mundo é un instrumento de catro lados datado de aproximadamente 5000 a.C. Foi encontrado nunha sepultura de Samarra , norte do Iraq. Só outros trece obxectos de ferro son máis antigos que 3000 a.C., todos encontrados en tres sitios do Oriente Medio: tres esferas pequenas foron encontradas no nivel de vivendas en Tepe Sialk, norte do Irã, datado de 4600-4100 a.C., nove contas foron encontradas nas sepulturas do Gerzeh (cemitéio do período pre-dinástico), Egito, datado de 3500-3100 a.C. e un anel aproximadamente desta mesma idade foi encontrado nunha sepultura de Armant, tamén no Egito.
A produción deste do ferro podería, mentres, terse iniciado antes destas datas, unha vez que a má conservación das pezas de ferro supón que outras máis antigas, que poderían existir, non chegarían ao noso tempo. Co tempo, o ferro se transforma en ferrugem e acaba se desfacendo en po .
Entre 3000 a.C. e 2000 a.C. crecente números de obxectos de ferro forxado (distinguido do ferro meteórico pola falta de níquel ) xorde na Asia Menor, Egito e Mesopotâmia.
Na Asia Menor, ocasionalmente usábase ferro forxado para armas ornamentais: un punhal con lâmina de ferro e cabo de bronce foi recuperado dun túmulo hático de 2500 a.C. O rei exipcio Tutankhamon, que morreu en 1323 a.C., foi enterrado cun punhal de ferro con cabo de ouro . En Ugarit, antiga cidade na actual Siria, recuperouse unha antiga espada exipcia co nome do faraó Merneptah (que reinou de 1213 a.C. a 1203 a.C.), así como un machado de batalla con lâmina de ferro e cabo de bronce decorado de ouro. Sábese que os antigos hititas trocaron ferro por prata (o ferro valía 40 veces máis que a prata) coa Assíria.
Mais o ferro non substituíu o bronce como principal metal usado para armas e ferramentas, a pesar dalgunhas tentativas. A metalurgia do ferro esixía máis combustíbel e traballo que a metalurgia do bronce, e a calidade do ferro producida polos primeiros ferreiro pode ser inferior ao do bronce como material para ferramentas. Porén, entre 1200 e 1000 a.C., ferramentas e armas de ferro substituíron as de bronce en todo Oriente Medio. Este proceso parece comezar no imperio Hitita en torno a 1300 a.C., ou talvez no Chipre e sur da Grecia, onde artefactos de ferro dominan o rexistro arqueolóxico tras 1050 a.C. Ao redor de 900 a.C., a Mesopotâmia estaba totalmente na Idade do Ferro, e a Europa Central ao redor de 800 a.C. A razón para esta adopción repentina do ferro permanece un tópico do debate entre arqueólogos. Unha teoría proeminente é que as guerras e as macizas migrações que se iniciaron ao redor 1200 a.C. interromperían o comercio rexional de estanho , forzando a mudanza do bronce para o ferro. O Egito, mentres, non probou unha transición tan rápida do bronce ao ferro: aínda que os metalúrgicos exipcios producisen artefactos de ferro, o bronce continuou difundido até tras súa conquista pola Assíria, en 663 a.C.
Produción de Ferro na Antiguidade
Para todos nós, a idea da metalurgia do ferro está asociada á imaxe das grandes fábricas siderúrgicas modernas, nas cales o gigantismo parece ser un atributo indispensábel. No entanto, o ferro e mesmo o aceiro se fabrican desde remota antigüidade, debendo por tanto existir, necesariamente, medios máis fáciles para súa obtención.
De traxe, é moi fácil obterse ferro metálico, especialmente a partir dun mineral chamado limonita. De 700 °C en diante, o minério xa comeza a derreter. Os primeiros fornos para produción de ferro eran de unto , cunha abertura na parte superior para a fumareda saír e outra na parte inferior, para o ar entrar; énchese o forno con capas alternadas de leña e minério de ferro. Se a combustão ocorrer a contento, vostede ten a probabilidade de obter unha correcta cantidade de ferro. Ese ferro tamén é chamado de lupa , non chega a fundirse completamente e se presenta so a forma dunhas bólas, con porcións de minério adheridas, que son separadas despois, quecendo o material novamente ao rubro e forxándoas co malho. Os pedazos de minério que aínda se encontran relativamente puros son quebradiços e se desprenden mentres a masa de ferro metálico, que é maleável se torna, pola forjadura, compacta e coerente.
O ferro forxado pode ser carburado. A carburação serve para transformar o ferro, que é suave, nun aceiro máis duro. A carburação é feita manténdose o ferro forxado en brasas de carbón por algún tempo. No inicio da Idade do Ferro, os ferreiros xa tiñan descuberto que o ferro repetidamente reforjado e carburado producía un metal de mellor calidade. A têmpera por resfriamento do aceiro tamén xa era coñecida naquela época. O aceiro aderezado máis antigo é un coitelo de aceiro encontrada no Chipre e datada de 1000 a.C.
O ferro producido a partir do minério, porén, ás veces era satisfactoriamente duro e resistente. Iso non ocorría sempre, mais con frecuencia suficiente para que os metalúrgicos labutassem na refinação do ferro. Acabouse descubrindo que a adição do carbón vegetal ao ferro en cantidade adecuada o endurecía. Producía o que hoxe chamamos de “superficie de aceiro”.
En 900 a.C., os siderúrgicos aprenderon a facer iso propositadamente, e a Idade do Ferro comezou. Repentinamente, a escaseza do cobre e do estanho non tiña máis importancia.
Este é un exemplo de como os homes teñen lidado co esgotamento de recursos no curso da historia. En primeiro lugar, intensificaron a busca de novas provisións e, en segundo, encontraron substitutos. Ese foi o método de obtención de ferro na antigüidade e, posibelmente, tamén na pre-historia.
Produción de Ferro na Idade Media
Na Alta Idade Media, o proceso siderúrgico corrente era o da forxa catalá, que consiste nun pequeno forno dentro do cal se coloca o minério xunto con carbón de madeira , insuflándose ar por medio dun fole, movido a brazo ou mediante forza animal. O éxito mellor que no proceso da anterior, con fornos de lupa, pois o ar é soprado para dentro do forno e a combustão alcanza maiores temperaturas. Mais tamén na forxa catalá o ferro non chega a derreter completamente.
Durante todos eses milenios e até pasado relativamente recente, a siderurgia foi, por excelência, unha actividade forestal. Practicábase nos bosques, nun número de pequenos establecementos, condicionados pola fácil obtención de combustíbel (madeira). Tales establecementos tiñan carácter itinerante, pois acompañaban a retração do bosque, a medida que esta ía sendo destruída. Tamén no Brasil, principalmente en Minas Xerais, a siderurgia propiciou en forxas semellantes, que tiveron gran parte da responsabilidade no desflorestamento daquela rexión
A través da historia, desde o descubrimento da metalurgia, a utilización do metal ten aumentado, e de forma acelerada. Descubríronse novos métodos de fabricación do aceiro o século XIX, e os metais descoñecidos aos antigos, como o cobalto, o níquel, o vanádio, o nióbio e o tungstênio, foron utilizados en combinación co aceiro, formando ligas de metal de dureza e propiedades inusitadas. Desenvolvéronse métodos de obtención do alumínio, do magnésio e do titânio, metais que teñen sido usados para construcións en grande escala.
Metalurgia do Ferro na India
Talvez xa en 300 a.C., e certamente ao redor de 200 a.C., aceiro da alta calidade estivese sendo producido no sur da India(Ceilão non é India) a través dunha técnica que, máis tarde, sería chamada “aceiro de crisol” polos europeos. Nesta técnica, ferro de alta pureza, carbón e eran mesturados nun crisol e quecidos até que o ferro derretesse e absorbese o carbono. Unha das evidencia máis antigas de metalurgia do ferro foi encontrada na área de Samanalawewa, en Sri Lanca , onde miles de sitios foron encontrados (Juleff, 1996).
De modo sorprendente e intrigando os científicos, encóntrase en Nova Deli, India, a enorme columna de ferro de Qtar Al-Minar, fabricada por hindus hai 2,5 mil anos e que pouco enferrujou. A técnica empregada para a obtención de ferro con tal resistencia á corrosão aínda é materia de debate.
Metalurgia do Ferro na China
Arqueólogos e historiadores debaten se a metalurgia do ferro baseada nos fornos de lupa xamais difundiuse do Oriente Medio á China. Ao redor 500 a.C., mentres, metalúrgicos no estado de Wu , liches da China, desenvolveron unha tecnoloxía de fundição do ferro que non sería practicada na Europa até épocas medievais tardías. En Wu, os fornos de ferro chegaban a temperaturas de 1130°C, quente o bastante para seren considerados altos-fornos. A esta temperatura, o ferro quedar 4.3% de carbono e derrete. Como un líquido, o ferro pode ser posto en moldees, un método moi máis trabalhosos que o forjamento individual cada peza de ferro a partir dunha lupa.
Moldees de ferro son fráxiles e impropios para ferramentas de choque. Pode, mentres, ser decarborizado a aceiro ou ferro forxado quecéndose por varios días. Na China, estes métodos de fundição de ferro difundíronse para o sur e norte, e, por 300 a.C., o ferro eran o material preferido en toda China para a maioría das ferramentas e armas. Unha cova colectiva encontrada na provincia de Hebei (nordeste da China), datada do terceiro século antes de Cristo, contén diversos soldados enterrados con súas armas e outros equipamentos. Os artefactos recuperados desta cova son feitos de varios tipos de ferro forxado e moldeado, de aceiro aderezado, con só algunha armas, probabelmente ornamentais, de bronce .
Durante a dinastia Han (202 a.C.-220 a.C.), a metalurgia chinesa de ferro chegou a unha escala e unha sofisticação non alcanzadas no Occidente até o século XVIII. O primeiro século, o goberno Han estabeleceu a metalurgia do ferro como monopolio estatal e construíu unha serie de grandes alto-fornos na provincia de Henan , cada un capaz de producir diversas toneladas do ferro por día . Por esta época, os metalúrgicos chineses descubriron como producir ferro forxado a partir de ferro-gusa , movéndoo derretido en contacto co ar até perder a maior parte de seu carbono.
Durante a mesma época, os metalúrgicos chineses descubriron que ferro forxado e ferro fundido poderían ser derretidos e mesturados, resultando nunha liga con contido intermediario de carbono, isto é, o aceiro. De acordo coa lenda, a espada de Liu Bang, o primeiro emperador do período Han, fóra feita desta forma. Algúns textos da era mencionan “harmonizar o duro e o suave”, no contexto da metalurgia do ferro.
Para onde apuntan as pescudas
As pescudas apuntan que o período onde a idade do bronce de traxe se firmou tecnoloxicamente foi entre 4000 a.C. e 2000 a.C. (independentemente das polémicas). Unha pista importante sobre a disseminação da metalurgia foi encontrada no norte da Siria, nunha localidade chamada Ugarit. Consta que foron encontrados utensílios diversos de bronce datados en torno a 3000 a.C.
Biblos
Sábese tamén que Biblos era un porto de influencia exipcia que se localizaba na rexión da costa fenícia en torno a 2000 a.C. Foron encontrados naquela rexión algúns sitios contendo túmulos cuxos interiores contiñan punhais, coitelos e arpas de bronce, alén de vasos de prata . Estes descubrimentos probaron adiantar estado tecnolóxico da metalurgia naquela rexión.
Escandinávia e Alemaña
Pezas de bronce datadas de 1500 a.C. a 1200 a.C. foron encontradas nas rexións da Escandinávia e da Alemaña, estes obxectos eran pulseiras e espadas, alén doutros utensílios traballados artisticamente. Moitas pezas encontradas nas máis diversas rexións da Europa tiñan o formato de cisnes , e espirais que aparentemente representaban serpentes.
Oriente Medio
O Oriente Medio, supoñen os historiadores, foi o berce da metalurgia primitiva, pois foi nesta rexión onde se encontraron os indicios máis antigos sobre esta actividade humana. Utensílios de ferro datados en torno a 1200 a.C. foron encontrados en diversos sitios.
Roma
Roma tivo papel importante no desenvolvemento das tecnoloxías de fundição e extracción dos metais. A prata e o ouro puros ou en liga, por exemplo, en torno ao século V a.C., pasaron a ser utilizados polos romanos en adornos e utensílios. A metalurgia era usada para esculpir mulleres núas, o que era unha forma de arte da época.
Ver tamén
mwl:Metalurgie
