Metalurgia designa un conjunto de procedimientos y técnicas para extracción, fabricación, fundición y tratamiento de los metales y sus vigas.
Desde muy pronto, el hombre aprovechó los metales para fabricar utensílios, como lo cubre, el plomo, el bronce, el hierro, el oro y la plata tuvieron amplio uso en la antiguidade.
Los primeros altos-hornos aparecieron el siglo XIII. La industria metalúrgica tuvo nuevo impulso el siglo XVIII con la revolución industrial.
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Con el dominio del fuego, surgía la posibilidad de la metalurgia. Con la salvedad del oro y, eventualmente, de la plata, del cubre, de la platina y del mercúrio, todos los metales prácticamente existen en la naturaleza sólo en la forma de minérios , es decir, quedados con otros elementos químicos y en la forma oxidada, y para extraerlo y "purificá-lo" (eso significa separar el metal de su combinación inicial y transformar este en substancia simple, o sea, reducir su nox a cero) podemos tener cómo auxílio el proceso de oxi-reducción (eletrólise industrial).
La palabra “metal” viene del griego y significa “buscar, sondar”. El oro compone 1/200 000 000 de la crosta terrestre, y es uno de los metales más raros. Pero probablemente fue el primer metal a ser descubierto, exactamente por existir casi siempre en forma de pepita , cuyo color es un amarillo bonito y que llama la atención. Era extremadamente pesado, podía ser usado como ornamento por ser brillante y podía ser moldeado en las más variadas formas, pues no era muy duro. Además de eso, era permanente, una vez que no oxidava ni deterioraba.
ES probable que el ser humano haya iniciado su trabajo con el oro hay más de diez mil años. El oro y, hasta cierto punto, la plata y lo cubre eran valiosos debido a su belleza y raridade y se hicieron un medio de cambio y una óptima manera de almacenarse riquezas. Alrededor de 640 a.C., los lídios de la Asia Más pequeña inventaron las monedas, pedazos de aleación de oro y plata con peso determinado, cunhados con un brasão del gobierno para garantizar su autenticidade.
Probablemente, la primera producción de metal fue obtenida accidentalmente, al colocarse ciertos minérios de estanho o de plomo en una hoguera. El calor de una hoguera (cerca de 200 °C) y el carbón son suficientes para derreter y purificar estos minérios, produciendo un poco de metal. Después, el estanho y plomo también pueden ser derretidos y moldeados en una hoguera común.
Las primeras cuentas de plomo conocidas actualmente fueron encontradas en Çatalhüyük, en la Anatólia (actual Turquía), habiendo sido datadas de 6500 a.C. No está claro sobre cuando los primeros artefactos de estanho fueron moldeados, pues este es un metal muy más raro que el plomo. Los primeros moldes de estanho podrían haber sido también reutilizados más tarde en mezclas con otros metales y, así, se hayan perdido sus registros.
Aunque el plomo sea un metal relativamente común, es muy blando para tener gran utilidad, de modo que el inicio de la metalurgia del plomo no tuvo impacto significativo en el mundo antiguo. Para servir como herramienta, otro metal más duro era necesario y, así, surgió lo cubre.
El periodo calcolítico, o edad del cubre, queda entre la edad de la piedra pulida, o neolítico , y la edad del bronce.
Lo cubre nativo era conocido por algunas de las más antiguas civilizaciones que se tiene noticia y ha sido utilizado por lo menos hay diez mil años - donde actualmente es el norte del Irak fue encontrado un collar de cubre de 8.700 a.C. Sin embargo, el descobrimento accidental del metal puede haber ocurrido a varios milenios .
Había algunos argumentos de que lo cubre sería el primer metal a haber sido obtenido accidentalmente en hogueras, pero eso parece improvable, una vez que hogueras no son calientes el suficiente para derreter minérios de cubre ni cubre metálico. Un camino más probable puede haber sido a través de los hornos de cerámica , inventados en la Pérsia (Irán) alrededor de 6000 a.C. Hornos de cerámicas, además de, lógicamente, produzcan cerámica, también podían derreter correctos quartzos de diferentes colores para vitrificar y hacer vasos de cerámica coloreados; acontece que la malaquita (un minério de cubre oxidado) es una piedra verde coloreada, y un oleiro que intentara producir algún vidrio con malaquita acabaría obteniendo cubre metálico. Así puede haber iniciado la metalurgia del cubre.
El primer artefacto de cubre moldeado conocido es la cabeza de un martillo encontrada en Can Hasan, Turquía Céntrica, siendo datado de 5000 a.C.
Aunque en la época fuera un metal raro, indicios apuntan que lo cubre fue utilizado en el leíste de la Anatólia en 6500 a.C. en Alaca, necrópole prehititas. En diversas casas de campo de aquella región existen objetos que representan toros y cervos del metal. También fueron encontradas obras de joalheria y ourivesaria , que se presumem tener la misma datação.
En 3500 a.C. aproximadamente, se cree que haya habido un rápido desarrollo de la metalurgia en la región de la Mesopotâmia - y que este puede haber proporcionado el crecimiento tecnológico de aquella región.
Existen indicios en diversas casas de campo que en aproximadamente 3000 a.C., utensílios de cubre se disseminaram por Oriente Medio llegando a alcanzar culturas neolíticas en la región de la Europa.
En España y en Hungría, regiones en que lo cubre es abundante, las tribus nômades hacían usos de objetos de aquel metal, difundiéndolo por la región.
Lo cubre generó algún impacto en el mundo antiguo, pues producía buenas armas y armaduras razonables, pero aún era muy blando para producir herramientas de corte útiles. Consecuentemente, la metalurgia del cubre no sustituyó la manufatura de armas y herramientas de piedra , que aún producían cuchillas superiores.
El bronce es una aleación de cubre con un metalóide llamado arsênio o de cubre con el metal estanho. La adición de arsênio o de estanho en el cubre aumentó dramáticamente su dureza, produciendo armas y armaduras excelentes. El conocimiento de la metalurgia del bronce permitió a los reyes superar sus enemigos y causó tal revolución que marcó el fin de la Edad de la Piedra y el comienzo de la Edad del Bronce. Sin embargo, se pasaron milenios hasta que el bronce pudiera ser usado por soldados comunes y por ciudadanos, habiendo sido, por mucho tiempo, artículo de lujo de la nobleza.
Los primeros bronces de cubre/arsênio fueron usados por mucho tiempo hasta ser sustituidos por los bronces modernos de cubre/estanho alrededor de 1500 a.C. No se sabe al correcto si los herreros que producían bronce de cubre/arsênio añadían conscientemente minérios de arsênio o se exploraban minas de cubre que afortunadamente contenían arsênio como contaminante.
Los primeros bronces de cubre/estanho datan de 3200 a.C., nuevamente de la Asia Más pequeña. Los bronces de cubre/estanho son más duros y durabais que los de cubre/arsênio y, además de eso, el trabajo con arsênio no es seguro, una vez que el arsênio es un elemento venenoso, pudiendo haber sido el primer “mal industrial” a atormentar el hombre. Todo eso contribuyó para hacer obsoleto el bronce de cubre/arsênio.
Como los herreros aprendieron a producir bronce con cubre y estanho también es un misterio. Tal conocimiento probablemente surgió por un feliz accidente: por la contaminación de estanho en minérios de cubre, aunque, alrededor de 2000 a.C., sepamos que el estanho ya era minerado para la producción de bronce. Es decir sorprendente, visto que el estanho es un metal semi-raro, y aún un minério rico en estanho como la cassiterita contiene solamente 5% de él. Igualmente, la cassiterita perece una roca común, siendo necesario habilidades especiales (o instrumentos especiales) para encontrarla. Pero, cualesquiera hayan sido los pasos para aprenderse sobre el estanho, él ya era bien comprendido en 2000 a.C.
Entre las más notables relíquias de la Edad del Bronce están las escrituras épicas Ilíada y Odisseia , en las cuales los guerreros luchaban con armaduras de bronce y con lanzas cuyas puntas eran de bronce.
El minério de cubre no es común, y las civilizaciones que usaron el bronce intensamente descubrieron haber exaurido el suprimento local, teniendo que importar grandes cantidades de otros países. El minério de estanho era aún peor. Lo cubre ya no es un componente común de la crosta terrestre, pero el estanho lo es menos aún. De hecho, el estanho es quince veces más raro que lo cubre. Eso quería decir que por el año 2500 a.C., tiempo en que aún se encontraba lo cubre en varios locales de Oriente Medio, el suprimento local de estanho parecía tenerse exaurido completamente.
Fue la primera vez en la historia que los hombres enfrentaron el esgotamento de un recurso natural; no sólo un esgotamento temporal, como lo del alimento en tiempos de sequía , pero sí permanente. Las minas de estanho se vaciaron y nunca más harían a llenarse.
La menos que el ser humano pretendiera se ajeitar con el bronce existente, nuevos suprimentos de estanho tendrían que ser encontrados en algún lugar. La búsqueda continuó por áreas cada vez más amplias y, alrededor de 1000 a.C., los navegadores fenícios ultrapasaban la región Mediterrânea y tal vez ya llegaran la regiones tan distantes cuánto India, África y Europa .
Sin embargo, en ese interim, se hubo desarrollado una técnica de obtención del hierro a partir de sus minérios en 1300 a.C., en la Asia Más pequeña. El hierro era de purificação más difícil. Exigía una temperatura más alta, y la técnica de la utilización del carbón vegetal para ese propósito llevó algún tiempo para desarrollarse.
Algunos afirman que la Edad del Bronce comienza en el periodo calcolítico, sin embargo la aleación en esta época era poco utilizada. La división del periodo aún es polémica, esto ocurre debido a la diversidad cultural de los pueblos de las más diversas regiones.
La forma encontrada para minimizar la polémica fue dividiendo la Edad (Periodo) del Bronce en tres periodos: Edad (Periodo) del bronce antiguo, (Periodo) Edad del bronce media y Edad (Periodo) del bronce reciente.
Otra aleación metálica importante surgida en el periodo entre 1600 y 600 a.C. es una mezcla de cubre y zinc , llamada latón. Esta fue utilizada más recientemente por Roma en la cunhagem de monedas . Pulido, y dependiendo de su composición, el latón tiene coloração prácticamente idéntica a la correctas aleación de oro -plata, difiriendo sólo en su masa.
Como la mayoría de metales, el hierro no es encontrado en la crosta terrestre en su estado elemental, y sí quedar# con el oxígeno o con el enxofre. Sus minérios más comunes son la hematita (Fe2Lo3) y la pirita (FeS2). El hierro funde a la temperatura de 1370 °C y, en estado puro, es un metal relativamente blando.
Encuentra mayor utilidad en herramientas en la forma de acero , una aleación de hierro con carbono variando entre 0,02 y 1,7%. Cuando fundido en la presencia de carbono, el hierro disuelve, al contrario del cubre, considerables cantidades de carbono, a veces llegando a 6%. Tal cantidad de carbono en el hierro lo hace quebradiço, y tales aleaciones no pueden más ser llamadas de acero.
La extracción de hierro de sus minérios ocurre con la conexión de las impurezas (oxígeno o enxofre) con el carbono. Como la propia tasa de oxidação aumenta rápidamente además del 800°C, es importante que la fundición ocurra en un ambiente con poco oxígeno.
El artefacto de hierro más antiguo del mundo es un instrumento de cuatro lados datado de aproximadamente 5000 a.C. Fue encontrado en una sepultura de Samarra , norte del Irak. Sólo otros trece objetos de hierro son más antiguos que 3000 a.C., todos encontrados en tres casas de campo de Oriente Medio: tres esferas pequeñas fueron encontradas en el nivel de habitaciones en Tepe Sialk, norte del Irán, datado de 4600-4100 a.C., nueve cuentas fueron encontradas en las sepulturas del Gerzeh (cemitéio del periodo pre-dinástico), Egipto, datado de 3500-3100 a.C. y un anillo aproximadamente de esta misma edad fue encontrado en una sepultura de Armant, también en el Egipto.
La producción de este del hierro podría, sin embargo, tenerse iniciado antes de estas fechas, una vez que la mala conservación de las piezas de hierro supone que otras más antiguas, que podrían haber existido, no habrían llegado a nuestro tiempo. Con el tiempo, el hierro se transforma en ferrugem y acaba deshaciéndose en polvo.
Entre 3000 a.C. y 2000 a.C. creciente números de objetos de hierro forjado (distinguido del hierro meteórico por la falta de níquel ) surge en la Asia Más pequeña, Egipto y Mesopotâmia .
En la Asia Más pequeña, ocasionalmente se usaba hierro forjado para armas ornamentais: un punhal con cuchilla de hierro y cabo de bronce fue recuperado de un túmulo hático de 2500 a.C. El rey egipcio Tutankhamon, que murió en 1323 a.C., fue enterrado con un punhal de hierro con cabo de oro . En Ugarit, antigua ciudad en la actual Siria, se recuperó una antigua espada egipcia con el nombre del faraó Merneptah (que reinó de 1213 a.C. a 1203 a.C.), así como una hacha de batalla con cuchilla de hierro y cabo de bronce decorado de oro. Se sabe que los antiguos hititas intercambiaron hierro por plata (el hierro valía 40 veces más que la plata) con la Assíria.
Pero el hierro no sustituyó el bronce como principal metal usado para armas y herramientas, a pesar de algunas tentativas. La metalurgia del hierro exigía más combustible y trabajo que la metalurgia del bronce, y la calidad del hierro producida por los primeros herrero puede haber sido inferior al del bronce como material para herramientas. Sin embargo, entre 1200 y 1000 a.C., herramientas y armas de hierro sustituyeron las de bronce en todo Oriente Medio. Este proceso parece haber comenzado en el imperio Hitita en torno a 1300 a.C., o tal vez en el Chipre y sur de la Grecia, donde artefactos de hierro dominan el registro arqueológico después de 1050 a.C. Alrededor de 900 a.C., la Mesopotâmia estaba totalmente en la Edad del Hierro, y la Europa Céntrica alrededor de 800 a.C. La razón para esta adopción repentina del hierro permanece un tópico del debate entre arqueólogos. Una teoría proeminente es que las guerras y las macizas migraciones que se iniciaron alrededor 1200 a.C. habrían interrumpido el comercio regional de estanho , forzando el cambio del bronce para el hierro. El Egipto, sin embargo, no experimentó una transición tan rápida del bronce al hierro: aunque los metalúrgicos egipcios produjeran artefactos de hierro, el bronce continuó difundido hasta después de su conquista por la Assíria, en 663 a.C.
Para todos nodos, la idea de la metalurgia del hierro está asociada a la imagen de las grandes fábricas siderúrgicas modernas, en las cuales el gigantismo parece ser un atributo indispensable. Sin embargo, el hierro y aún el acero se fabrican desde remota antigüidade, debiendo por lo tanto existir, necesariamente, medios más fáciles para su obtención.
De hecho, es muy fácil obtenerse hierro metálico, especialmente a partir de un mineral llamado limonita. De 700 °C en delante, el minério ya comienza la derreter. Los primeros hornos para producción de hierro eran de barro , con una apertura en la parte superior para el humo salir y otra en la parte inferior, para el aire entrar; se llena el horno con capas alternas de leña y minério de hierro. Si la combustión ocurrir a contento, usted tiene la probabilidad de obtener una correcta cantidad de hierro. Ese hierro también es llamado de lupa , no llega a fundirse completamente y se presenta bajo la forma de unos balones, con porciones de minério adheridas, que son separadas después, calentando el material nuevamente al rubro y forjándolas con el malho. Los pedazos de minério que aún se encuentran relativamente puros son quebradiços y se desprenden mientras la masa de hierro metálico, que es maleable se hace, por la forjadura, comprime y coherente.
El hierro forjado puede ser carburado. La carburação sirve para transformar el hierro, que es blando, en un acero más duro. La carburação es hecha manteniéndose el hierro forjado en brasas de carbón por algún tiempo. En el inicio de la Edad del Hierro, los herreros ya tenían descubierto que el hierro repetidamente reforjado y carburado producía un metal de mejor calidad. La têmpera por enfriamento del acero también ya era conocida en aquella época. El acero revenido más antiguo es un cuchillo de acero encontrada en el Chipre y datada de 1000 a.C.
El hierro producido a partir del minério, sin embargo, a veces era satisfactoriamente duro y resistente. Eso no ocurría siempre, pero a menudo suficiente para que los metalúrgicos labutassem en la refinação del hierro. Se acabó descubriendo que la adición del carbón vegetal al hierro en cantidad adecuada lo endurecía. Producía lo que hoy llamamos de “superficie de acero”.
En 900 a.C., los siderúrgicos aprendieron a hacer eso propositadamente, y la Edad del Hierro comenzó. Repentinamente, la escasez del cubre y del estanho no tenía más importancia.
Este es un ejemplo de como los hombres tienen lidado con el esgotamento de recursos en el curso de la historia. En primer lugar, intensificaron la búsqueda de nuevas provisiones y, en segundo, encontraron sustitutos. Ese fue el método de obtención de hierro en la antigüidade y, posiblemente, también en la pre-historia .
En el alta Edad Media, el proceso siderúrgico corriente era lo de la forja catalana, que consiste en un pequeño horno dentro del cual se coloca el minério junto con carbón de madera , insuflando-si aire por medio de un fole, movido a brazo o mediante fuerza animal. El éxito mejor que en el proceso de la anterior, con hornos de lupa, pues el aire es soplado para dentro del horno y la combustión alcanza mayores temperaturas. Pero también en la forja catalana el hierro no llega la derreter completamente.
Durante todos esos milenios y hasta pasado relativamente reciente, la siderurgia fue, por excelência, una actividad forestal. Se practicaba en las florestas, en un número de pequeños establecimientos, condicionados por la fácil obtención de combustible (madera). Tales establecimientos tenían carácter itinerante, pues acompañaban la retração de la floresta, a medida que esta iba siendo destruida. También en el Brasil, principalmente en Minas Generales, la siderurgia propició en forjas semejantes, que tuvieron gran parte de la responsabilidad en el desflorestamento de aquella región
A través de la historia, desde el descubrimiento de la metalurgia, la utilización del metal ha aumentado, y de forma acelerada. Se descubrieron nuevos métodos de fabricación del acero el siglo XIX, y los metales desconocidos a los antiguos, como el cobalto, el níquel, el vanádio, el nióbio y el tungstênio, fueron utilizados en combinación con el acero, formando aleaciones de metal de dureza y propiedades inusitadas. Se desarrollaron métodos de obtención del aluminio, del magnesio y del titânio, metales que han sido usados para construcciones en gran escala.
Tal vez ya en 300 a.C., y ciertamente alrededor de 200 a.C., acero del alta calidad estuviera siendo producido en el sur de la India(Ceilão no es India) a través de una técnica que, más tarde, sería llamada “acero de crisol” por los europeos. En esta técnica, hierro de alta pureza, carbón y eran mezclados en un crisol y calentados hasta que el hierro derretesse y absorbiera el carbono. Una de las evidencia más antiguas de metalurgia del hierro fue encontrada en el área de Samanalawewa, en SriLanca , donde miles de casas de campo fueron encontradas (Juleff, 1996).
De modo sorprendente e intrigando los científicos, se encuentra en Nueva Deli, India, la enorme columna de hierro de Qtar Al-Minar, fabricada por hindus hay 2,5 mil años y que poco enferrujou. La técnica empleada para la obtención de hierro con tal resistencia a la corrosión aún es materia de debate.
Arqueólogos e historiadores debaten si la metalurgia del hierro basada en los hornos de lupa jamás se difundió de Oriente Medio a la China. Alrededor 500 a.C., sin embargo, metalúrgicos en el estado de Wu , leíste de la China, desarrollaron una tecnología de fundición del hierro que no sería practicada en la Europa hasta épocas medievais tardías. En Wu, los hornos de hierro llegaban la temperaturas de 1130°C, caliente el bastante para ser considerados altos-hornos. La esta temperatura, el hierro se queda con 4.3% de carbono y derrete. Como un líquido, el hierro puede ser puesto en moldes, un método muy más trabalhosos que el forjamento individual cada pieza de hierro a partir de una lupa.
Moldes de hierro son frágiles e impróprios para herramientas de choque. Puede, sin embargo, ser decarborizado a acero o hierro forjado calentándose por varios días. En la China, estos métodos de fundición de hierro se difundieron para el sur y norte , y, por 300 a.C., el hierro eran el material preferido en toda China para la mayoría de las herramientas y armas . Una cova colectiva encontrada en la provincia de Hebei (nordeste de la China), datada del tercer siglo antes de Cristo, contiene diversos soldados enterrados con sus armas y otros equipamientos. Los artefactos recuperados de esta cova son hechos de varios tipos de hierro forjado y moldeado, de acero revenido, con sólo alguna armas, probablemente ornamentais, de bronce .
Durante la dinastia Han (202 a.C.-220 a.C.), la metalurgia china de hierro llegó a una escala y una sofisticação no alcanzadas en el Occidente hasta el siglo XVIII. El primer siglo, el gobierno Han estableció la metalurgia del hierro como monopolio estatal y construyó una serie de grandes alto-hornos en la provincia de Henan , cada uno capaz de producir diversas toneladas del hierro por día. Por esta época, los metalúrgicos chinos descubrieron como producir hierro forjado a partir de hierro-gusa , moviéndolo derretido en contacto con el aire hasta perder la mayor parte de su carbono.
Durante la misma época, los metalúrgicos chinos descubrieron que hierro forjado y hierro fundir podrían ser derretidos y mezclados, resultando en una aleación con contenido intermediario de carbono, es decir, el acero. En consonancia con la leyenda, la espada de Liu Bang, el primer emperador del periodo Han, fuera hecha de esta forma. Algunos textos de la era mencionan “armonizar el duro y el blando”, en el contexto de la metalurgia del hierro.
Las investigaciones apuntan que el periodo donde la edad del bronce de hecho se firmó tecnológicamente fue entre 4000 a.C. y 2000 a.C. (independientemente de las polémicas). Una pista importante sobre la disseminação de la metalurgia fue encontrada en el norte de la Siria, en una localidad llamada Ugarit. Consta que fueron encontrados utensílios diversos de bronce datados en torno a 3000 a.C.
Se sabe también que Biblos era un puerto de influencia egipcia que se localizaba en la región de la costa fenícia en torno a 2000 a.C. Fueron encontrados en aquella región algunas casas de campo conteniendo túmulos cuyos interiores contenían punhais, cuchillos y arpas de bronce, además de vasos de plata . Estos descubrimientos probaron haber adelantado estado tecnológico de la metalurgia en aquella región.
Piezas de bronce datadas de 1500 a.C. a 1200 a.C. fueron encontradas en las regiones de la Escandinávia y de la Alemania, estos objetos eran pulseiras y espadas , además de otros utensílios trabajados artísticamente. Muchas piezas encontradas en las más diversas regiones de la Europa tenían el formato de cisnes , y espirais que aparentemente representaban serpientes.
Oriente Medio, suponen los historiadores, fue la cuna de la metalurgia primitiva, pues fue en esta región donde se encontraron los indicios más antiguos sobre esta actividad humana. Utensílios de hierro datados en torno a 1200 a.C. fueron encontrados en diversas casas de campo.
Roma tuvo papel importante en el desarrollo de las tecnologías de fundición y extracción de los metales. La plata y el oro puros o en aleación, por ejemplo, en torno al siglo V a.C., pasaron a ser utilizados por los romanos en adornos y utensílios. La metalurgia era usada para esculpir mujeres desnudas, lo que era una forma de arte de la época.
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