Metalli

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Metalli

Metalli nel Medioevo

I materiali metallici utilizzati nel periodo in questione, sono soprattutto il bronzo ed il “ferro”.

Il bronzo è una lega rame-stagno (Sn ≤ 28%)

Il“ferro” in realtà è un acciaio a bassissimo contenuto di carbonio (acciaio dolce con C ≤ 0,15 %).
Il ferro puro, infatti, non è industrialmente utilizzabile, perché per fusione dà getti spugnosi con numerose soffiature, durante il raffreddamento subisce una forte contrazione, sottoposto a lavorazione meccanica a freddo indurisce e quindi diventa fragile ed è più soggetto alla corrosione.

Utilizzo

Questi materiali venivano usati nella forgiatura(lavorazione a caldo mediante battitura) di armi da difesa e strumenti di lavoro taglienti.

Il bronzo, in particolare, era utilizzato per costruire attrezzi, armi, corazze e strumenti resistenti e leggeri.

Ma era anche utilizzato nella coniaturadi monete e di medaglie e, poiché ha un basso attrito, anche per la fabbricazione di palle da cannone, visto che quelle di “ferro” tendevano a grippare all'interno della canna.

Il bronzo cedette il passo al “ferro” quando divenne difficile trovare la materia prima necessaria (rame e stagno) e venne perciò usato solo per oggetti di particolare pregio, mentre per molti scopi il più debole “ferro” dolce era sufficientemente resistente da prenderne il posto. Per esempio, gli ufficiali dell'esercito romano avevano spade di bronzo, mentre i semplici fanti dovevano accontentarsi di spade di ferro.

Le leghe a base di rame hanno punto di fusione più basso rispetto all'acciaio (i bronzi ordinari fondono tra 900 e 1000 °C, il “ferro” fonde invece a 1535 °C), e sono quindi più facilmente prodotte a partire dai loro costituenti. Hanno una massa volumica superiore rispetto a quella dell'acciaio e sono quindi più pesanti, ma tutti i vari tipi di bronzo sono comunque meno duri e meno resistenti di esso. Sono però più duttili e più resistenti alla corrosione, soprattutto da acqua di mare, e resistono alla fatica (sollecitazioni ripetute) meglio di quanto faccia l’acciaio.

Lavorazione dei materiali metallici

I materiali metallici erano ottenuti per fusione (in appositi forni) e successivamente lavorati per forgiatura (cioè dopo averli nuovamente riscaldati, battendoli nella fucina).

L’arte di fondere e lavorare i metalli richiedeva agli uomini del tempo grandi fonti di calore.

Per i metalli più morbidi, come lo stagno ed il rame, ciò era possibile costruendo forni di fusione alimentati con grandi quantità di legna. Ma la legna bruciando non raggiunge temperature molto elevate.

Per ottenere il “ferro” (o meglio un acciaio a basso contenuto di carbonio) dai minerali ferrosi gli uomini dovettero ricorrere quindi ad un’altra fonte di energia: il carbone, un combustibile solido costituito dai resti di vegetali fossili che hanno subito trasformazioni nel lungo periodo in cui sono rimasti sottoterra (oggi tale carbone è chiamato “coke”).
Bruciando lentamente, il carbone sviluppa una grande quantità di calore che rende possibile, oltre che la fusione, anche la lavorazione. La combustione era attivata per mezzo di mantici azionati a mano.

Il processo di fusione del “ferro”

Dapprima veniva costruito di il forno di fusione: un letto fatto di pietre resistenti al fuoco, sopra il quale venivano collocati i minerali ferrosi misti al carbone.
Il calore faceva sciogliere e separare il ferro fuso, che colava in un’apposita buca, dove si raffreddava.
La durata dell’operazione dipendeva dalla quantità di materiale caricato: in genere il procedimento durava da 6 a 12 ore. Il ferro così ottenuto (blumo o lingotto), dopo averlo arroventato nuovamente, senza tuttavia farlo più fondere, veniva battuto a caldo (forgiato) e lavorato nelle fucine con magli e martelli. Con successivi riscaldi e battiture il blumo raggiungeva la sua forma definitiva di barra di ferro.

Il ferro battuto

E’ nel Medioevo che si affermò il ferro battuto, nonostante la materia prima continuasse a scarseggiare.
I popoli barbarici, che lavoravano il “ferro” solo per forgiare armi da usare nelle frequenti lotte con tribù e popoli avversi, mescolatisi al popolo romano ne acquistarono usi e tradizioni, percependone la raffinatezza degli stili e delle forme artistiche che influenzò la manifattura del “ferro”, usato d’ora in poi anche per ornamenti e suppellettili di vario genere e di uso quotidiano. Soprattutto i fabbri Germanici acquisirono importanza, con le loro opere dalle forme tipiche rigide e squadrate, mentre in Francia, nei vari secoli, si avviò la produzione di cancellate, inferriate, ringhiere per scale e ferri per i pozzi battuti a mano.

Anche in Italia si ebbe un grande sviluppo della lavorazione del ferro grazie all’integrazione tra popolazioni romane e barbariche, che introdussero nuove tecniche e strumenti di lavoro. Qui nel corso di Medioevo, fino all’età barocca, l’uso del “ferro” è stato sempre più richiesto, mantenendo uno stile più classico rispetto a quello delle altre parti d’Europa.

L'acciaio a pacchetto

In Europa la principale tecnica utilizzata fino al X secolo fu quella dell'acciaio a pacchetto.
Consiste nel creare un pacchetto di strati alternati di ferro dolce e ghisa, fatti rammollire e poi martellati insieme per saldarli e far diffondere il carbonio dalla ghisa al ferro dolce, in modo da ottenere la percentuale di carbonio desiderata. Una volta saldati gli strati del pacchetto, si taglia la barra e la si piega su sé stessa, ripetendo il processo: in questo modo si possono creare barre estremamente resistenti composte di centinaia o migliaia di strati sottilissimi.
È un processo la cui riuscita dipende moltissimo dalla capacità e dall'esperienza del fabbro: è molto difficile ottenere due volte lo stesso risultato con questo metodo in quanto la lunghezza della lavorazione alla forgia, la sua complessità, così come il calore a cui viene riscaldato il pezzo in lavorazione, influenzano il tenore in carbonio dell'acciaio e le caratteristiche meccaniche del pezzo finito.

Il processo è noto in Europa fin dalla tarda epoca dei Celti (dopo che l'uso dei perfezionati bassoforni greci si era diffuso nell'Europa Occidentale), dei quali sono rimaste alcune spade che mostrano una stratificazione di questo genere (per quanto limitata a poche decine di strati). Alla fine dell'età romana era sicuramente noto ai barbari di stirpe germanica, ed è stato per secoli l'unico modo noto, al di fuori dell'India, per ottenere acciaio di buona qualità.

Per secoli l'unico modo di ottenere del buon acciaio in Europa fu quindi quello di usare ferro delle miniere svedesi, particolarmente puro e privo di zolfo e fosforo, "ferro di palude" (limonite), siderite di origine alpina o ematite dell'Isola d'Elba, ed usarlo per confezionare acciaio a pacchetto con ghisa più ricca di carbonio. Era un processo molto lento ed estremamente costoso: per un chilogrammo di acciaio erano necessari circa 100 kg di combustibile. Per questo non era conveniente creare pezzi più grandi di una lama di spada. In genere si usava l'acciaio per creare piccoli manufatti, come punte di freccia, bisturi, coltelli ed altri oggetti di piccole dimensioni.

Per questo motivo durante il basso Medioevo in Europa, all'incirca a partire dal IX secolo, con l'aumentata disponibilità di acciaio omogeneo, che riduceva i tempi di lavorazione, la tecnica dell'acciaio a pacchetto fu progressivamente abbandonata, portando a un generale scadimento della qualità delle lame europee del periodo. Dal XI secolo al XVI secolo la tecnica cadde completamente in disuso e sostituita da quella dell'acciaio Damasco, di cui i crociati raccontavano meraviglie.

Le spade di Damasco

Il primo metodo per produrre acciaio propriamente detto (ovvero acciaio di alta qualità) è stato il "Wootz", simile al moderno metodo a crogiolo, usato nell'India meridionale almeno dal 300 d.C.
Veniva preparato in crogioli chiusi sigillati, che contenevano minerale di ferro ad alta purezza, carbone e vetro. I crogioli venivano poi messi alla fiamma e riscaldati fino ad avere la fusione del miscuglio, per cui il ferro si arricchiva di carbonio, e il vetro assorbiva le impurità man mano che fondeva, galleggiando sulla superficie. Il risultato era un acciaio ad alto tenore di carbonio e di elevata purezza, che sarà chiamato poi acciaio di Damasco.

Questa tecnica si diffuse molto lentamente, arrivando nei paesi confinanti solo nel 900 d.C. circa.

Poco dopo l'anno mille, la tecnica indiana del Wootz arriva in Medio Oriente, che fino ad allora aveva importato acciaio a pacchetto dall'Europa, dove viene ulteriormente raffinata e dà origine all'acciaio Damasco, estremamente resistente e flessibile, con cui furono forgiate le spade che affrontarono i crociati europei.

La qualità di queste armi era tanto alta che si diceva che
una spada fatta di acciaio Damasco potesse tagliare la roccia, e venire arrotolata attorno a un uomo per poi tornare dritta come prima, e non perdesse mai il filo.

Con ogni probabilità la tecnica del Wootz venne raffinata in modo da far assorbire il carbonio soprattutto ai bordi della spada, mantenendo la sua anima centrale relativamente dolce. In questo modo si otteneva una spada flessibile e che sopportava gli urti senza rompersi, ma al tempo stesso dalla lama molto dura e mantenente un filo tagliente per molto tempo (cosa che in Europa, fino al X secolo, era ottenuta montando a parte i due fili d'acciaio molto duro sulla lama, già ripiegata più volte e lavorata fino alla forma definitiva).

Le variazioni nel tenore di carbonio fra il filo e il centro della spada creavano in superficie un bel disegno ondulato, dal cui l'aggettivo damascato.

Fonte: http://www.itisconegliano.it/studenti/Metalli%20nel%20Medioevo3.doc

Autore del testo: non indicato nel documento di origine

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I METALLI

Riesci a immaginare un mondo senza metallo? Dalle automobili ai computer, dai ponti alle posate, noi siamo circondati dai metalli, che sono indispensabili per la nostra vita di tutti i giorni.

CHE COSA SONO I METALLI?

Sono delle sostanze con determinate caratteristiche: sono generalmente resistenti, brillanti e soprattutto sono buoni conduttori di calore ed elettricità. La maggior parte è opaca, che significa che non ci si può guardare attraverso e a temperatura ambiente è solida.
Esistono vari tipi di metalli; questi furono scoperti in epoche distanti nel tempo, perchè ben pochi metalli sono reperibili in natura allo stato nativo; inoltre ogni metallo ha una sua temperatura di fusione: più bassa è tale temperatura, più è facile l’estrazione del metallo dalle rocce che lo contengono. In particolare i primi metalli lavorati (il rame e lo stagno) hanno una temperatura di fusione relativamente bassa, ottenibile con gli antichi forni di circa 10000 anni fa (epoca in cui, presumibilmente, iniziò la lavorazione del rame).

DA DOVE VENGONO I METALLI?

I metalli si trovano sulla Terra sotto forma di minerali grezzi nella crosta terrestre. Ad esempio, la sabbia è un minerale. La bauxite è un minerale grezzo che contiene alluminio e altri elementi chimici, tra cui l’ossigeno. Altri minerali grezzi metallici sono l’ematite, da cui si può ricavare il ferro; la blenda, da cui si ricava lo zinco; la galena, da cui si ricava il piombo; il cinabro, da cui si ricava il mercurio. Alcuni metalli, come il rame, l’oro e l’argento, si trovano sulla Terra sotto forma di metalli puri.

DOVE SI TROVANO I METALLI?

I metalli si trovano nelle rocce di tutto il mondo. Il metallo più abbondante è l’alluminio; poi c’è il ferro e, a seguire, altri metalli. Si stima ci siano più di 10 miliardi di tonnellate di minerale di ferro soltanto in Russia. L’argento si trova abbondante in Messico, Perù, Stati Uniti, Canada e Australia. Il piombo e l’oro sono ampiamente diffusi in tutto il mondo.

COME SI ESTRAE UN METALLO DAL MINERALE?

Il modo in cui il metallo viene estratto dal suo minerale dipende dal genere di metallo. Ferro, rame e stagno possono essere estratti attraverso procedimenti di fusione. Per ottenere ferro dal suo minerale, questo viene mischiato al coke (un combustibile simile al carbone) e al calcare ( tipo di roccia ) in un altoforno, dentro al quale viene pompata aria calda. La reazione tra questi elementi chimici produce molto calore e l’altoforno diventa estremamente caldo. La temperatura all’interno può raggiungere i 1.000 °C. Questo procedimento dà una forma molto pura di ferro fuso (liquido).

Per estrarre l’alluminio dal suo metallo, invece, viene impiegata l’elettricità. Il procedimento è detto elettrolisi, e implica il passaggio di corrente elettrica nel minerale di alluminio allo stato fuso. Quindi viene spillato l’alluminio puro.

MISCELE DI METALLI

Una lega è una miscela di metalli, oppure una miscela di metalli e non-metalli. Probabilmente ti capitano fra le mani oggetti fatti di leghe metalliche tutti i giorni, magari senza che tu lo sappia. Alcune monete di colore argenteo sono leghe di rame e nichel, un metallo noto come cupronichel. Il bronzo è una lega di stagno e di rame; viene usato per fare le campane, perché quando viene colpito emette un suono profondo e nitido. Il peltro è una lega di stagno e di piombo; è un metallo argenteo piacevole al tatto e viene usato per produrre cornici e oggetti ornamentali.

QUAL È IL METALLO PIÙ IMPORTANTE?

Di tutti i metalli, quello più importante per noi è il ferro. Viene spesso impiegato sotto forma di una lega di carbonio e ferro chiamata acciaio. L’acciaio è molto più elastico del ferro, e viene utilizzato per usi disparati: per carrozzerie di automobili, edifici, scafi di navi, molle, bidoni, bulloni, ponti, pattini a rotelle, coltelli, fermagli per capelli… l’elenco è praticamente infinito! Altri metalli, come il rame e il manganese, possono essere aggiunti all’acciaio per comporre leghe con diverse proprietà.

IL METALLO È OVUNQUE!

Guardati attorno. Quanti oggetti di metallo vedi? Il modo in cui i metalli vengono usati dipende dalle loro proprietà fisiche e chimiche. Il tungsteno è impiegato nei filamenti delle lampadine, perché diventa incandescente quando viene attraversato dall’elettricità, ma non fonde. L’acciaio inossidabile è usato per produrre posate, perché è resistente, economico e non arrugginisce. Il platino e l’oro vengono impiegati per i gioielli. Non sono reattivi e non si ossidano facilmente (cioè non si scoloriscono). Il rame è impiegato per produrre i cavi elettrici; è molto duttile (cioè facilmente deformabile) e può essere ridotto in lunghi fili.

RICICLARE I METALLI

La Terra non ha riserve infinite di metallo. È quindi importante riciclare i metalli, cioè riutilizzarli, il più possibile. Possiamo facilmente riciclare lattine di bibite e di cibo. Di solito sul lato della lattina è scritto se è fatta di acciaio o di alluminio. Entrambi questi metalli possono essere riciclati. I frammenti di metallo possono essere fusi e mischiati con il metallo “nuovo” per realizzare nuovi prodotti. È quello che succede nel processo di fabbricazione dell’acciaio. Più ricicliamo, meglio è!

I metalli e le loro leghe più comuni sono:

l'argento (Ag)
il ferro (Fe)
il rame (Cu)
l'oro (Au)
il platino (Pt)
il piombo (Pb)
lo stagno (Sn)
il titanio (Ti)
il mercurio (Hg)
il bronzo (lega rame-stagno, ma anche -alluminio, -nichel, -berillio)
l'ottone (lega rame-zinco, con aggiunta di Fe, As, Sn, Sb, Al, ed altri metalli e semimetalli)
gli acciaii (leghe ferro-cromo-nichel-molibdeno ed altri metalli cobalto, vanadio).

Fonte: http://gold.indire.it/datafiles/BDP-GOLD000000000029FC0C/I%20metalli%201.doc

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