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Proprietà e metallurgia del Bronzo
AREA I - ARTE TECNICO-SCIENTIFICA (ATS)
Cap. ATS-G10 - Proprietà metalli - Pag. ATS-G10.06
Gli argomenti trattati sono stati inseriti da Ing. Arch. Michele Cuzzoni nel 2012 - © Copyright 2007- 2024 - e sono desunti dalla documentazione indicata in Bibliografia a fondo pagina
Testo di Dott. Geol. Carla Ferliga - scritto per celticworld.it, anno 2006
La lavorazione dei metalli presuppone la risoluzione, sia pure empirica, di una serie di problemi tecnici relativi all'estrazione della materia prima dai minerali che la contengono, l'eventuale "costruzione" di composti bimetallici - o più complessi - che presentino caratteristiche migliori dei metalli stessi presi singolarmente, la loro lavorazione, sia essa a freddo o a caldo (fig. 1).
fig. 1: forgia a carbone; su di essa i metalli vengono riscaldati per poter effettuare alcune lavorazioni. Venezia, Arsenale, forgia ottocentesca tutt'ora funzionante (foto C. Ferliga)
Ne consegue che progresso tecnologico e lavorazione di determinati metalli vanno di pari passo, tanto da permettere di definire l'evoluzione tecnologica proprio in base alla tipologia di metallo che si riusciva a lavorare: Età del Rame, Età del Bronzo, Età del Ferro.
Nel periodo noto come La Téne, le culture celtiche lavorano ormai correntemente il Ferro, anche se non scompaiono le tecniche di lavorazione del bronzo, destinate alla produzione di svariati oggetti. Sono inoltre usate diffusamente svariate tecniche di lavorazione dei metalli da oreficeria.
Si possono distinguere tecniche di lavorazione a freddo, e tecniche di lavorazione a caldo, ambedue strettamente dipendenti dal raggiungimento di determinate temperature e da una conoscenza, sia pure empirica, delle modalità con cui variano le caratteristiche di durezza, elasticità, lavorabilità alle varie temperature.
Fra le leghe del rame (Cu), il bronzo è forse quella che è stata usata più precocemente e diffusamente nell'antichità.
Esso è costituito da ridotte percentuali di Stagno (Sn) disperse in soluzione entro il reticolo cristallino del rame. In Europa non esistono giacimenti o aree in cui siano presenti, in forma e percentuali utilizzabili, ambedue i metalli contemporaneamente, quindi l'introduzione del Bronzo come lega comporta lo sviluppo di circuiti commerciali e di reti di trasporto e scambio delle merci.
La presenza di resti di forni fusori e crogiuoli per il rame, nonché di scorie della lavorazione in molti oppida celtici fa pensare che la produzione del bronzo fosse locale, a partire dalle materie prime importate. Lo stagno in particolare era elemento "strategico", dato che le grandi aree minerarie erano localizzate in regioni ben precise: la Galizia, la Bretagna, la Cornovaglia.
Nel corso del primo millennio a.C. due sono le rotte lungo le quali il metallo è distribuito in Europa: una raggiunge i porti di Huelva e Cadice e da qui prosegue via mare attraverso Gibilterra, l'altra attraversa invece direttamente la Francia lungo la Garonna e la depressione di Carcassonne. La via "francese", con itinerari alternativi lungo la Loira e il Rodano, era l'asse principale di rifornimento per le popolazioni celtiche dell'epoca; la sua importanza anche per le popolazioni del Mediterraneo probabilmente cresce nel tempo, dato che permette di evitare la mediazione negli scambi da parte dei Fenici, che controllavano Gibilterra; la fondazione nel 600 a. C. della colonia greca di Massalia (Marsiglia) favorisce questo sviluppo.
Essendo una lega, cioè un miscuglio fra due componenti, il bronzo presenta caratteristiche variabili a seconda della percentuale di essi.
Il punto di fusione del rame è 1084,6 °C, mentre lo Stagno fonde a T molto più bassa, 231,93 °C; considerando le leghe in uso nell'antichità, l'aggiunta di quantità via via maggiori di stagno poteva abbassare il punto di fusione della lega sino a temperature dell'ordine degli 800°C; questo comporta che, una volta ottenuto il bronzo in lingotti, tutte le successive lavorazioni richiedono un minore dispendio energetico, rispetto a lavorare il rame puro; in compenso, l'aggiunta di Stagno al Rame ne aumenta la durezza, che per il rame puro è 3 secondo la scala di Mohs (scala empirica di confronto fra minerali, senza alcuna relazione matematica fra i vari gradi; 3 è la durezza della calcite), e rende il fuso più fluido, quindi più facilmente colabile in stampi.
La percentuale di Sn entro la lega determinando le caratteristiche fisiche e meccaniche, influenza la lavorabilità e il tipo di oggetti che si possono ricavare.
Attorno all'8-9% di Sn si ha un materiale con buone caratteristiche meccaniche; aumentando Sn sino anche al 25% si può avere lavorabilità, in particolari condizioni, anche a freddo.
La durezza del materiale, e con essa la fragilità, aumentano però al crescere della percentuale di Sn; in genere tutt'oggi non vengono usati bronzi con contenuto in Sn superiore al 30% perché divengono troppo fragili.
Le caratteristiche della lega bronzo permettono di comprendere alcuni modi di lavorazione usati nell'antichità. Nell'artigianato celtico troviamo infatti prodotti diversi: oggetti di dimensioni medio-grandi e compatti (ad esempio spade e asce, prima della diffusione del Ferro), oggetti con funzione decorativa non cavi all'interno (es: statuette), oggetti cavi all'interno con ridotto spessore delle pareti (es: recipienti, elmi), oggetti in lamina decorata a sbalzo (es: ornamenti, fibule). Ciascuno di questi tipi mostra tecniche di lavorazione diverse.
Nella fusione il metallo viene introdotto in uno stampo di materiale refrattario e lasciato raffreddare, poi l'oggetto una volta estratto viene rifinito con altre tecniche di lavorazione a freddo. Si possono ottenere con questo metodo oggetti di dimensioni più o meno grandi, pieni o cavi. In base alle caratteristiche dello stampo si può avere fusione a staffa o fusione a cera persa.
Nella fusione a staffa il modello dell'oggetto da riprodurre è pressato su di una cassetta riempita a filo di argilla sabbiosa refrattaria, abbastanza morbida e coesiva da mantenerne l'impronta, e richiuso con un'altra cassetta analoga, ottenendo come due valve; vengono inoltre scavati dei canali per immettere il metallo fuso e fare uscire l'aria. Estratto il modello le valve vengono richiuse e fissate in questa posizione, per poi fare il getto del bronzo al loro interno.
Spesso lo stampo veniva interrato, soprattutto nel caso di oggetti di grandi dimensioni, affinché la compressione laterale impedisse lo scoppio della forma a causa dello sbalzo termico; l'interramento inoltre rende più lento il processo di raffreddamento, cosa questa che nelle leghe permette un maggior riequilibrio del solido e l'ottenimento di un materiale più omogeneo come composizione e quindi come caratteristiche.
La fusione a staffa permette di ottenere oggetti con una finitura scadente, con superficie esterna che mantiene una certa ruvidità, e impedisce la riproduzione dei dettagli più fini. E' quindi comoda per gli utensili e gli strumenti d'uso.
Analogo a questo tipo di fusione è quello che prevede l'uso di stampi in pietra; in questo caso lo stampo può essere riciclato numerose volte; la sua preparazione comporta però di scolpire il negativo dell'oggetto ed è quindi più laboriosa. Stampi o frammenti di stampi di questo tipo sono stati ritrovati in vari oppida celtici.
La rifinitura degli oggetti d'uso prodotti per fusione comprendeva anche una fase di lavorazione meccanica a freddo, per martellatura: questa infatti tende a deformare la struttura interna del metallo, "compattandone" gli atomi e riorientando i reticoli cristallini in maniera tale da rendere estremamente difficoltosa qualsiasi ulteriore deformazione: è il fenomeno dell'incrudimento, tipico dei metalli lavorati a freddo e che ne aumenta la durezza e la resistenza. La stessa tecnica era usata in epoche più antiche anche per le asce in rame, prodotte per fusione e incrudite per martellatura a freddo.
Nella fusione a cera persa invece si usa un modello di cera attorno al quale si costruisce un guscio di argilla, lasciando dei piccoli canali di comunicazione fra il nucleo di cera e l'esterno; cuocendo lo stampo, la cera fonde e "si perde" attraverso i canali lasciando all'interno una cavità che riproduce il negativo dell'oggetto; il metallo viene gettato attraverso un foro principale mentre gli altri canali sono opportunamente lasciati aperti per far fuoriuscire l'aria. Una volta raffreddato, lo stampo viene rotto per estrarne il pezzo.
Nella fusione a cera persa è possibile modellare sulla cera dettagli anche molto fini, che lasceranno poi l'impronta sull'argilla; il metodo si presta quindi alla creazione di statuine e di piccoli oggetti decorativi, non solo in bronzo ma anche nei metalli da oreficeria.
Un passo successivo permette l'ottenimento di prodotti in serie, sia pure con un livello di finitura inferiore. Si può infatti modellare il prototipo del pezzo, ricavarne uno stampo a valve e produrre con questo tanti modelli uguali in cera, che poi saranno ciascuno utilizzato secondo il metodo "classico".
Oggetti di forma complessa erano "costruiti" dai Celti anche usando la tecnica della "fusione collegata", ovvero realizzando un primo pezzo dell'opera, per poi rivestirlo d'argilla accanto al modello in cera del pezzo contiguo, di modo che il getto di metallo si saldava automaticamente alla porzione precedente.
Un altro metodo noto ed utilizzato era quello della "fusione di congiunzione", in cui due parti metalliche erano unite riempiendo di metallo fuso lo spazio intermedio fra esse; in questo caso la giunzione poteva interessare oggetti di metallo diverso - ad esempio Ferro - "saldate" assieme utilizzando rame o bronzo, che fondono a temperature più basse.
Il problema maggiore nella fusione può essere la realizzazione di oggetti equidimensionali, cioè non appiattiti o allungati come può essere un'ascia o una spada. Per facilitare il raffreddamento, ridurre il peso e usare meno materiale, è necessario infatti ricorrere a forme cave; questo nell'antichità classica era realizzato sempre con il metodo della cera persa, o gettando i singoli pezzi (ad esempio di una statua) e poi saldandoli fra loro per brasatura, oppure creando un nucleo di terra refrattaria su cui modellare la cera, e quindi su di essa lo stampo; in questo caso diviene necessario posizionare dei "chiodi distanziatori" attraverso la cera, fra il nucleo in terra e lo stampo in refrattario, in modo che questo mantenga la propria posizione quando nella cottura la cera fuoriesce.
Il bronzo può anche essere lavorato a freddo, a partire da lastre o lamine di adeguato spessore, con una tecnica nota come imbutitura, molto usata nell'antichità per ricavare forme cave, quindi oggetti funzionali quali vasi, recipienti, elmi.
La lavorabilità a freddo dipende anch'essa dalla percentuale di Sn e dal fenomeno della cosiddetta tempra negativa: per leghe fra il 10% e il 25% circa infatti, fra gli 800°C di temperatura e il punto di fusione, gli atomi di Rame e di Stagno si dispongono in maniera da rendere il metallo facilmente deformabile; se la lastra di metallo viene portata a queste temperature e poi raffreddata bruscamente, gli atomi vengono "congelati " nella posizione che avevano ad alta temperatura, mantenendo quindi quella struttura - e la sua deformabilità - anche a temperatura ambiente.
Essa può quindi essere martellata con tutta una serie di strumenti, martelli e mazzette di varie dimensioni, incudini arrotondate o sferiche, per assumere la forma voluta. In pratica ciascun colpo dà al metallo una deformazione plastica, spostandolo e spalmandolo letteralmente in un'altra posizione.
Per imbutitura si possono ottenere non solo ciotole o catini (gli elmi in lamina di bronzo a pezzo intero e gli umboni sono di questa tipologia) ma addirittura si può restringere via via il diametro dando luogo all'imboccatura di vasi e anfore; in questo caso il pezzo, man mano che la chiusura procedeva e diveniva difficoltoso posizionarlo sull'incudine, viene riempito di un materiale deformabile e basso-fondente (ad esempio il piombo, che fonde a soli 327°C circa, oppure la pece) che fa da contrasto: terminata la lavorazione esso era fuso e svuotato (fig. 2).
fig. 2: recipienti ricavati per imbutitura da una lastra discoidale piana di rame: la stessa tecnica può essere applicata anche al bronzo. Opere di A. Ervas, Venezia. (foto: D. Brugali).
La lavorazione per imbutitura richiede in realtà successivi riscaldamenti del pezzo, perché martellando il metallo la deformazione interna si traduce in un progressivo incrudimento: in pratica essa diviene permanente e per ottenere una ulteriore minima deformazione diviene necessaria una quantità di energia sempre maggiore.
Quando l'artigiano "sentiva" che la lastra metallica era ormai troppo incrudita, la sottoponeva ad un nuovo riscaldamento (ricottura), permettendo agli atomi interni di riordinarsi nella struttura ben deformabile tipica dell'alta temperatura: il riordino interno degli atomi del metallo a caldo non comporta ovviamente mutamento della forma esterna già acquisita, ma solo riacquisizione delle caratteristiche di lavorabilità.
L'imbutitura richiedeva quindi un perfetto controllo delle temperature, che era ottenuto empiricamente valutando il colore del metallo riscaldato - ancora oggi chi esegue l'imbutitura ricuoce il materiale in ambiente buio per poter meglio valutare il colore - ed una grande abilità tecnica manuale nel sagomare pezzi di forma subsferica, cilindrica o cupoliforme senza l'ausilio del tornio.
E' lavorato ad esempio per imbutitura il kyathos di bronzo proveniente dalla necropoli preromana di Monterenzio presso Bologna; gli archeometallurgisti campionando frammenti di metallo lungo le fratture ed analizzandone la struttura sono riusciti a ricostruire una complessa storia di deformazioni a freddo con incrudimento e ricotture, e ad evidenziare inoltre delle zone che hanno subito fusione, indizio questo di errori o sviste da parte dell'ignoto artista, che aveva lasciato salire la temperatura in forgia sino al punto di fusione del metallo.
Queste indicazioni non solo hanno permesso di capire la tecnica di lavorazione usata, ma anche di riprodurre, con un procedimento da archeologia sperimentale, il piccolo vaso cilindrico con le medesime modalità con cui era stato creato più di duemila anni fa.
La tecnica dello sbalzo su lamina rientra nelle deformazioni a freddo, e veniva applicata per ottenere decorazioni in rilievo. A questo scopo la lamina che aveva subito tempra negativa, quindi facilmente deformabile, veniva lavorata con attrezzi appositi, appoggiandosi a supporti facilmente deformabili. Altri elementi decorativi erano inseriti ad incisione, oppure con punzoni di varia forma.
Aggiunte cromatiche a sottolineare i dettagli della decorazione, quali le applicazioni di smalto rosso, sono tipiche degli oggetti celtici.
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Bib-TS-552 - Estratto dal sito: https://celticworld.it/2019/08/13/la-lavorazione-dei-metalli-presso-i-celti-parte-i-il-bronzo/ - Articolo "La lavorazione dei metalli presso i Celti. Parte I : il Bronzo" - pubblicato il 29/05/06 - Autrice Dott. Geol. Carla Ferliga - .
Bib-TS-010 - M. Cavallini, F. Iacoviello - Materiali Metallici - Francesco Ciolfi Editore, via E. De Nicola, Cassino
Bib-TS-011 - W. Nicodemi - Metallurgia - Masson, Milano
Bib-TS-095 - C. Giardino - I metalli nel mondo antico - Bari, 1998
Bib-TS-142 - AA. VV. , 1991 - I Celti: Catalogo della mostra. Venezia, Palazo Grassi. (ristampa 1997). Bompiani.
Bib-TS-143 - Leoni M., 1984 - Elementi di metallurgia applicata al restauro delle opere d'arte. Opus LIbri, Firenze.
Bib-TS-144 - Appunti del corso di Archeometallurgia tenuto da A. Ervas, Isola del Lazzaretto Nuovo, Venezia, agosto 2005