quinta-feira, 28 de março de 2013

Historia da metalurgia


~~ Um resumo histórico da metalurgia ~~



        Segundo alguns autores, Marques e Fernandes (2012) a história da metalurgia passa por diversas fases em muitos lugares do mundo. Como pode ser ressaltado no documentário delas que mostram alguns dos mais importantes durante o desenvolvimento desta ciência no decorrer do tempo:



[...] De modo a fazer-se uma distinção entre a era moderna e a era neolítica (Idade da Pedra), os arqueólogos tiveram necessidade de classificar os estádios de desenvolvimento das civilizações em Idade do Cobre, Idade do Bronze e Idade do Ferro. Os povos que melhor dominavam as técnicas de processamento e extracção de metais, foram os que se suplantaram e se destacaram dos outros, tanto em nível de melhores condições de vida, como em vitórias nas batalhas, dando assim origem aos grandes impérios que existiram. [...].




       

        Ainda por relato dos arqueólogos e historiadores que se empenham sobre a área, há várias de que o ouro, a prata e o cobre foram os primeiros materiais a serem trabalhados e utilizados na forma metálica. Principalmente, como o ouro a ser encontrado na forma metálica, mesmo nativo e por também estar bem distribuído pela superfície da Terra e também por que o seu brilho atraiu a atenção do Homem Primitivo. Os ornamentos eram uma das múltiplas aplicações deste metal.
            Os historiadores ainda fazem menção de uma das causas mais prováveis para a evolução do cobre como material metálico de grande uso e importância em diversas atividades:


[...] O cobre existia no solo em grande quantidade. Era facilmente martelado com o auxílio de pedras, o que lhe causava um certo endurecimento, convertendo-se depois em utensílios. Os trabalhos mais antigos do cobre datam de 6000 AC e foram descobertos no Médio Oriente particularmente em redor de Ur. Foi neste local, cerca de 3500 AC, que em escavações efectuadas se encontraram ornamentos e armas de metal fundido e vazado, isto é, praticamente 2000 anos após ter sido encontrado o primeiro artigo em metal toscamente martelado com pedras. Também foram encontrados trabalhos antigos no Egipto e na Índia. Hoje pensa-se que, mais por acidente do que por intenção, foi produzida uma liga de cobre e estanho, surgindo assim o bronze por volta de 3000 anos AC na Suméria. Esta liga era mais dura e mais resistente que o cobre, era mais apta a ser vazada em moldes originando produtos de melhor impressão.
Como a proporção de cobre e estanho era crítica (entre 1% e 10% de estanho) e os minérios de estanho não eram tão abundantes e bem distribuídos como os de cobre, em certos lugares, como no Egipto, a Idade do Cobre prolongou-se até mais tarde. Os Egípcios começaram tarde na manufactura do bronze (obtido de Tróia e Creta), mas apresentaram uma técnica de vazamento em moldes muito avançada ("host wax"). Este período, denominado Idade do Bronze, estendeu-se até à Era Romana. [...].




                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            
        Ainda segundo os historiadores e arqueólogos, tendo este sido usado por muitos e muitos anos até a descoberta de um novo metal: o ferro. Na China, por volta de 2000 AC. Este não ocorre no estado nativo e pensa-se mesmo que as primeiras formas de ferro a serem usadas pelo Homem Primitivo provieram de meteoritos (o ferro encontrado possuía quantidades significativas de níquel, característica do ferro meteórico). Este ferro era trabalhado de forma idêntica ao ouro, prata e cobre só que tinha a particularidade de ser mais duro. O seu preço era elevado devido à sua raridade. Os povos antigos associavam o ferro a divindades, considerando-o um "enviado do céu". Só mais tarde é que o ferro foi usado com maior abundância quando se descobriu como extraí-lo do seu minério. O ferro começou por ser aquecido em fornos primitivos abaixo do seu ponto de fusão, separando-se a "ganga" (impurezas com menor ponto de fusão), a qual se deslocava para a superfície sendo removida sob a forma de escória, restando a esponja de ferro, a qual era trabalhada na bigorna, obtendo-se as ferramentas e utensílios existentes naquela altura (2500 a 500 AC) sendo um trabalho mesclado do que poderíamos chamar hoje de fundição  e depois outro chamado de forja ou forjaria. O latão (liga de cobre e zinco) foi descoberto entre 1600 a 600 AC na Pérsia, China e Palestina.
        Entre os primeiros utensílios manufaturados que usavam o ferro como material de confecção, segundos as pesquisas arqueológicas, era a maioria armas, tais como punhais e espadas. Entre os artefatos mais antigos encontrados até agora fabricado com ferro destaca-se um punhal com lâmina de ferro encontrado no tumulo do Faraó Tutankhamon (Tutancâmon) que estava colocado em um lugar de grande importância e destaque dentro do tumulo. Os utensílios e artefatos produzidos pelos Hititas por volta de 3500 AC não eram melhores do que os de cobre e bronze.
        Só quando começaram a desenvolver técnicas de tratamento do ferro (contendo carbono) é que começaram a obter produtos fortes e resistentes. Por exemplo, a têmpera foi desenvolvida pelos gregos e romanos, e o produto endurecido tinha inúmeras vantagens, o que refletia em armas como espadas, lanças e machados mais eficientes em relação aos que possuíam armas menos resistentes tais como feitas de cobre ou bronze. Ou mesmo ferramentas mais eficientes em muitas áreas, como mineração e utensílios ou mesmo de adornos. 
        Já por volta de 400 AC os gregos desenvolveram um tratamento chamado atualmente de revenido, que segundo os historiadores e arqueólogos também começaram a se difundir para outros lugares esta prática. Que tinha o intuito de tornar o ferro menos frágil aquecendo-o, após ele ter sido endurecido, em uma temperatura que lhe era conveniente. O ferro assim foi se tornando mais importante na vida do homem e na sua cultura com o passar do tempo. Um pouco deste processo pode ser visto no ínicio do filme “Conan, O Bárbaro” (Lionsgate, Millennium films) que mostra sobre a importância do uso tanto do fogo quanto do gelo na confecção de uma espada de aço, em alusão a um tratamento térmico de têmpera.
        Ainda segundo os pesquisadores dos registros históricos o aço começou a ser produzido na Índia a partir da esponja do aço que eles sabiam fazer por o processo do alto forno, sendo por volta do século XIV, aplicando um processo de carbonização que já era conhecido pelos antigos egípcios e que era assim denominado “Aço Wootz”. Como a temperatura atingida não lhes permitia fundir o ferro, o ferro no estado esponjoso era martelado em um processo chamado de forjagem, com a intenção de remover os resíduos que ainda permaneciam ali. E, então, em seguida, era colocado em um cadinho (que é um recipiente com propriedades refratárias, ou seja, muito resistente a altas temperaturas) entre placas de madeira e depois isolado do ar, num forno recoberto por carvão. Dando assim uma expressiva absorção de carbono ao ferro. E depois era forjado novamente por marteladas em bigornas em forma de barras.
        No período que se seguiu à queda do Império Romano, o mundo estagnou e deixou de ser produtivo em termos metalúrgicos, no sentido de se desenvolver. Apenas se verificou uma crescente produção de ferro. Os alquimistas Árabes, na sua busca da "pedra filosofal" (que curaria todos os males e permitiria a transmutação dos metais) fizeram descobertas que viriam a servir de base à ciência química, bem como para o desenvolvimento de outros ramos da ciência.
        Segundo Del Debbio que diz que um forte avanço nestas descobertas que os alquimistas acabaram por ter grande avanço, mesmo que acidental, pois, segundo suas crenças eram de que para obter-se a pedra filosofal era preciso se “cozinhar” um metal (que poderia ser chumbo, mercúrio, estanho, etc.) por muitos anos até que ele (o metal) e o seu alquimista terminavam de se purificar e o que sobrava teria uma parte sólida e uma parte líquida, sendo a parte sólida a pedra filosofal e a parte líquida o “elixir da longa vida”.

        Segundo a maioria das lendas veneradas pelos alquimistas , pela tradição alquimista chinesa entre outros se presume que o ouro seja o mais evoluído dos metais, para os chineses, o seu objetivo era atingir a imortalidade. Acreditavam que o ouro era imortal porque não reagia com quase nada. Eles devem ser lembrados pelos seus feitos, pois alguns dos pilares e dos fundamentos que usamos hoje em vários ramos da metalurgia, da química e da ciência devemos a eles. (Leonardo L. Jr.)
        Após longos anos sem inovações e sem muitos avanços, por volta do ano 500 observa-se então se formando um tipo de “indústria”, que tentava se renovar.
        Segundo relatos históricos , a extração dos metais ferrosos (que tem o ferro como principal elemento, ou que provém do ferro) tinha evoluído um bocado, e não era mais utilizado, sendo encontrado na forma metálica na natureza, mas também a partir de minérios, como relata a seguir:


[...] A partir do ano 500 observa-se então uma indústria rejuvenescida. A Metalurgia definia-se, assim, como a tecnologia de extracção de metais dos minérios e a sua adaptação ao uso através da fundição e da forja. Estas técnicas eram função dos mestres artífices que eram homens de prestígio e de importância vital na estrutura social, e o seu conhecimento, que provinha de gerações anteriores, era transmitido aos seus melhores aprendizes. Porém, os artífices não sabiam explicar porque é que a lâmina da espada quando aquecida até ao rubro e em seguida arrefecida numa tina de água endurecia e quando permanecia toda a noite colocada sobre as brasas da forja tornava-se macia e fácil de deformar. [...].


       
    



        A revolução científica do séc. XVII e a revolução industrial do séc. XVIII não se refletiram de imediato sobre a tecnologia metalúrgica . Mas foi só a partir do século XVIII que a metalurgia passou a ser associada e descrita como ciência que estuda as estruturas, composições, características e transformações sofridas pelos metais. E passa-se a estender não só a fabricação deles, mas também as suas causas, efeitos e aplicações. Deste modo a metalurgia de extrativismo e fabricação foi associada a metalurgia física e a ciência de materiais 
        A partir de 1855 com o ferro tão bem implantado nos materiais de construção, fabricação e aplicação nas mais diversas áreas, um novo metal, o alumínio, torna-se importante no desenvolvimento industrial da civilização. O alumínio, metal de baixa densidade, dúctil, estável e facilmente fundido não era fácil de produzir (envolvia muita energia). Preparava-se segundo a sequência bauxite®, alumina® alumínio metalúrgico e foi nesta altura que se começou a aplicar eletricidade à metalurgia . A bauxita é classificada tipicamente de acordo com a aplicação comercial: abrasivos, cimento, produtos químicos, metalúrgicos e material refratário, entre outros. A maior parte da extração mundial de bauxita (aproximadamente 90%) é usada como matéria-prima para a fabricação de alumina, por lixiviação química, método conhecido como processo Bayer.
        O alumínio, apesar de ser o terceiro elemento mais abundante na crosta terrestre, é o metal mais jovem usado em escala industrial. Mesmo utilizado milênios antes de Cristo, o alumínio começou a ser produzido comercialmente há cerca de 150 anos. Sua produção atual supera a soma de todos os outros metais não ferrosos. Esses dados já mostram a importância do alumínio para a nossa sociedade. Antes de ser descoberto como metal isolado, o alumínio acompanhou a evolução das civilizações. Sua cronologia mostra que, mesmo nas civilizações mais antigas, o metal dava um tom de modernidade e sofisticação aos mais diferentes artefatos .
       Neste período (1855-1957) assistiu-se também à introdução nos processos metalúrgicos de sistemas de produção de aço. A capacidade dos altos fornos de conter ferro cresceu intensamente desde os primeiros altos-fornos. O que ocorre, em partes, devido às ideias de Henry Bessemer, por volta de 1855 mesmo, que sugeriu que fosse um dos primeiros processos industriais de baixo custo para a produção em massa de aço a partir de ferro gusa fundido. O processo foi nomeado em homenagem ao seu inventor, Henry Bessemer, que registrou uma patente do processo desenvolvido por ele em 1855. O processo é um avanço de uma prática conhecida na China desde 200 D.C. O princípio desse processo é a remoção de impurezas do ferro pela oxidação com ar soprado através do ferro fundido. A oxidação inclusive aumenta a temperatura da massa de ferro e a mantém em estado fundido (liquido).
        A partir de 1863, usando uma técnica de polimento elaborada que envolvia abrasivos sucessivamente mais finos, Henry Clifton Sorby desenvolveu técnicas de observação microscópica e apercebeu-se que a textura da superfície de fratura dos aços depende dos tratamentos térmicos a que estes haviam sido submetidos e da sua composição química exata. Após polimento e contrastação da superfície (por ataque químico de solução ácida), Sorby observou pela primeira vez a microestrutura metalográfica do aço e descreveu a perlite (perlita). Os seus trabalhos estão na origem da metalurgia física que consiste no estudo das propriedades e composições dos metais. Estes estudos levaram ao desenvolvimento de ligas inovadoras mais apropriadas para aplicações particulares. Neste século deu-se o desenvolvimento de uma série de novos elementos de análise, como os microscópios electrónicos de varrimento e de transmissão e o difratômetro de raios X, o que permitiu aos cientistas estudarem as estruturas existentes nos materiais e correlacionarem-nas com as propriedades observadas. Deste modo, os novos materiais que permitiram a construção de novos equipamentos levaram à descoberta de novas características e consequentemente de novos materiais que podem ter aplicação nas mais diversas áreas.

        Aumenta-se a resistência dos metais com a adição de elementos de liga adequados (Níquel (Ni), Cobre (Cu), Molibdênio (Mo), Vanádio (V), Tungstênio (W)...). Os metais que mais recentemente começaram a ser usados são o zircônio, titânio, magnésio, níquel, cobalto, urânio entre muitos outros.
        A evolução cientifico-metalúrgica dos dias de hoje faz-nos deparar com metais cujas propriedades não se encaixam na classificação tradicional (dúcteis, bons condutores e relativamente pesados), como é o caso das ligas metálicas leves, dos metais orgânicos ou dos compósitos.
        Muitos destes metais influenciaram tanto o modo de vida das populações que se tornaram indispensáveis ao funcionamento das sociedades modernas. Há, porém, que ter em conta a seleção racional dos materiais e o modo de processamento tecnológico que deverá ser económico quer em custos, quer em tempo, não esquecendo o aspecto ambiental que envolve todo um processo de reciclagem ou de incineração tanto dos resíduos industriais, como dos produtos já usados. Pois é destas precauções, em grande parte, que depende o nosso futuro ... E o futuro da história da metalurgia


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