Materiali metallici nel Medioevo

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1 Materiali metallici nel Medioevo I materiali metallici utilizzati nel periodo in questione, sono soprattutto il rame, il bronzo ed il ferro. Il rame, impiegato soprattutto nella produzione di gioielli e oggetti d'uso quotidiano, veniva lavorato per martellamento a freddo. Il modo più semplice per ottenere una ciotola di rame consisteva nel martellare un disco di rame posto su un blocco di legno scavato per adattarsi al profilo dell oggetto desiderato. Il bronzo è una lega rame-stagno (Sn 28%) Il bronzo, in particolare, era utilizzato per costruire attrezzi, armi, corazze e strumenti resistenti e leggeri. 1

2 Ma era anche utilizzato nella coniatura di 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. A lato è uno stampo per coniatura (da Antica Fiera di s. Lucia. 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. 2

3 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. 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. 3

4 Produzione e 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, mediante appositi utensili, per ottenere armi da difesa e strumenti di lavoro. L arte di fondere e lavorare i metalli richiedeva agli uomini del tempo grandi fonti di calore. Per i metalli più teneri, 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 4

5 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 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 5

6 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 6

7 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 7

8 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 8

9 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 9

10 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 10

11 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 11

12 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. Armi e armature Con la fantasia associamo al medioevo l immagine di un prode cavaliere protetto da un armatura completa, spada e scudo pronto a combattere per l onore 12

13 del Signore o della nazione. La maggior parte dell esercito era però costituito da contadini, soldati un po meglio addestrati e solo pochi cavalieri erano di stirpe nobile. Sui campi di battaglia, tra il 1200 e il 1300, venivano utilizzate vari tipi di armi: spada, ascia, alabarda, mazzafrusto, balestra e arbalesta. In particolare ci soffermiamo sulla spada e sulla cotta. La spada, In principio era corta, ma con l'avvento del bronzo giunse a superare i 90 cm. Cominciò come arma da colpi di punta, poi quando si rese evidente la possibilità di usare anche il taglio nacque la necessità del filo nonché quella di un rinforzo al punto d'unione fra la lama e l'impugnatura. Si cominciò ricavando in quest'ultima un alloggiamento per il tallone e, infine, si gettarono in un sol pezzo lama e codolo, dando a questo una modellatura tale da permettere il completamento dell'impugnatura stessa con placche in osso o legno o altro materiale, fermate da perni metallici detti rivetti. Con riferimento al disegno seguente, l arma si compone essenzialmente di due parti (impugnatura e lama), suddivise a loro volta in altre. 13

14 Solo la parte debole è affilata ed è dedicata al ferire l avversario o a penetrare nelle sue difese. La cotta di maglia è un tipo di armatura "a veste" formata da anelli in ferro. La maglia di ferro è composta da anelli di ferro assemblati tra di loro. Per la fabbricazione degli anelli che costituivano la cotta di maglia veniva utilizzato il fil di ferro. Si creavano gli anelli (del diametro anche di 3-4 mm) dal filo di ferro avvolgendolo a molla e tagliandone poi le spirali ad una ad una. Quindi si appiattivano le due estremità di ogni anello e le si forava. In ultimo si sovrapponevano i due fori e si inseriva un rivetto che veniva ribattuto, formando così l'anello. 14

15 Unendo varie serie di anelli, si creava una maglia metallica dove gli anelli di una stessa fila non erano agganciati tra di loro ma con le file sotto o soprastanti. La maglia così costruita aveva un verso che le dava flessibilità e consentiva di essere indossata sopra le articolazioni senza particolari accorgimenti. I luoghi delle lavorazioni I metalli venivano lavorati nelle fucine, piccoli locali, botteghe del fabbro poste sotto casa. Le fonderie, invece, erano situate fuori dalle mura, in riva al fiume. L'acqua forniva la forza motrice per azionare i magli e i mantici ed era anche una comoda via per il trasporto del combustibile (carbone di legna) necessario per scaldare e fondere il metallo da lavorare. 15

16 Macchine nel Medioevo Il mulino ad acqua utilizza l energia meccanica prodotta dalla corrente di un corso d acqua, condotta alla ruota del mulino tramite opportuna canalizzazione. La ruota idraulica può essere posta in posizione orizzontale o nella maggior parte dei casi in posizione verticale. A lato è il Molinetto della Croda. In un mulino a filo d'acqua è la corrente del corso d'acqua che, passando sotto la ruota, ne provoca la rotazione. Nel caso in cui l'acqua giunga alla ruota dalla sua parte superiore, la caduta verso il basso dovuta alla forza di gravità, ne provoca la rotazione. L'acqua può anche passare sotto la ruota, trasmettendo parte della sua energia cinetica. 16

17 Il mulino era usato per sollevare martelli da fucina o per macinare il grano. Oggi parliamo di turbina e l evoluzione del mulino è la turbina Pelton, inventata nel 1879 da Lester Allan Pelton. Questa è una turbina ad azione con rendimento più elevato, ed è utilizzata per grandi salti (superiori ai 15m) e piccole portate, utilizzata nei bacini idroelettrici alpini. La turbina Pelton viene collegata ad un generatore per produrre energia elettrica. 17

18 Funzionamento della turbina Pelton Questa turbina è simile al mulino ad acqua perché entrambi sfruttano energia potenziale dell acqua, per generare uno spostamento della girante. L energia potenziale dell acqua accumulata ad elevate altitudini, attraverso un condotto arriva all ugello che grazie alla sua forma convergente trasforma in energia cinetica la pressione presente nel condotto, così il getto d acqua non sarà in pressione. Ed è per questo che la Pelton è definita una turbina ad azione. 18