Arqueometalurgia
Microestrutura de gusa cinzento de Ipanema
Vista da Fábrica de Ferro de Ipanema. Foto de Julio Durski, 1885
Coleção de objetos de Ipanema no Museu Nacional, 2015
Arqueometalurgia na USP
Arqueometalurgia é o estudo da produção e uso de metais no passado, não necessariamente muito distante no tempo. A Arqueometalurgia vem sendo praticada como uma linha de pesquisa do Departamento de Engenharia Metalúrgica, de Materiais e Nuclear da Escola Politécnica da USP desde os anos 1980, tendo resultado em Dissertações, Trabalhos de Formatura, relatórios de iniciação científica, artigos em revistas científicas e apresentações em eventos, com foco no uso de técnicas modernas de caracterização microestrutural aplicadas ao exame de objetos metálicos relevantes para a História do Brasil.
A linha de pesquisa em Arqueometalurgia tem vários temas abertos para estudantes de graduação e pós-graduação interessados no assunto. Os professores do Departamento envolvidos são Fernando JG Landgraf, Cesar R F Azevedo, Augusto Neiva, Helio Goldenstein e Flavio Beneduce.
Quem gosta do tema de metalurgia das espadas antigas, não deixe de ver o site do professor Helmut Föll, da universidade de Kiel, na Alemanha. É fantástico.
A análise da microestrutura de objetos históricos foi apresentada no Brasil, pela primeira vez, em 1975, em um artigo escrito pelo engenheiro José Arthur Penna na revista da ABM sobre objetos da Fábrica de Monlevade , em Minas Gerais, já enfatizando a importância das inclusões de escória típicas dos produtos daquele momento. O primeiro artigo de pesquisadores brasileiros que usa a palavra “arqueometalurgia” foi publicado por Guadalupe N. Campos e L.G. Solórzano, em 2004.
Nos anos 1980, A.P. Tschiptschin e H. Goldenstein, professores da Escola Politécnica da USP, publicaram um artigo com os resultados da análise de um canhão de ferro fundido e um outro sobre uma espada de bronze de um colecionador paulistano. Como resultado de um grupo de estudos ao qual se agregaram Fernando JG Landgraf e Paulo E. M. Araújo, foi escrito e disseminado em cópias xerográficas um artigo de revisão sobre a história da metalurgia no Brasil, finalmente publicado em 1993.
Essa linha de pesquisa foi retomada pelo professor Cesar R.F. Azevedo em 2008, orientando um trabalho de formatura baseado na análise de objetos de ferro encontrados por arqueólogos nas ruínas de uma vila abandonada no Mato Grosso.
A partir daí a produção se intensificou (ver lista abaixo), tendo surgido uma sub-linha de pesquisa focalizada na análise microestrutural de objetos da Fábrica de Ferro de Ipanema (SP) e estudos sobre a história da técnica metalúrgica naquele local. Foram abordados também outros temas, como objetos das Missões (RS) e da Fábrica Patriótica (MG).
Um dos principais resultados dessa linha de pesquisa é a identificação de um forte candidato à “assinatura microestrutural” do ferro refinado fabricado em Ipanema, associado ao teor de vanádio das dendritas de wustita no interior das inclusões de escória dos objetos da Coleção do Museu Nacional e a uma interpretação das mudanças de composição química na sequência minério-gusa-ferro refinado. Essa pesquisa continua em curso.
Novas linhas de pesquisa estão em andamento ou em planejamento, para 2024:
a análise de objetos de ferro fundido em São Paulo e no Rio de Janeiro, em busca de assinaturas químicas dos fabricantes nacionais e estrangeiros (projeto CNPq Universal).
análise de fragmentos de escória, cadinhos e carvões associados ao refino de ouro na Casa de Fundição de São Paulo, que existiu entre os séculos 17 e 19. Os fragmentos foram recolhidos pela arqueóloga Paula Nishida nas proximidades do Solar da Marquesa de Santos, no centro de São Paulo.
a arqueometalurgia dos escoriais de Minas Gerais, em busca de localização e amostras de escória das dezenas de Fábricas de Ferro que existiram em Minas, no século 19
uma disciplina de pós graduação no Museu de Arquelogia e Etnologia da USP, sobre arqueometalurgia.
Grade de ferro fundido da Casa da Imagem, 1885.
Rua Roberto Simonsen, centro de São Paulo
Lista e links de Trabalhos de Formatura
Lista e links de Trabalhos de Formatura do nosso departamento e textos não publicados por nossos professores:
Em 2007, foi apresentado por Neiva e colaboradores (NEIVA, 2007) um trabalho no 1º Simpósio Latino Americano sobre Métodos Físicos e Químicos em Arqueologia, Arte e Conservação abordando o uso de análise por fluorescência de raios X em instrumento semiportátil, aplicado a objetos de Ipanema. O método permitiu diferenciar o teor de titânio entre quase zero, 0,2 e 1%Ti, para os três objetos analisados.
Em 2008, o trabalho de formatura de Mario Pedroni (PEDRONI, 2008), orientado pelo prof Cesar Azevedo, pesquisou amostras de ferro encontradas no sítio São Francisco Xavier da Chapada no século XVIII. Por meio de análise química e microestrutural, o trabalho estudou as diferenças de qualidade entre dois materiais que possuíam valores comerciais diferentes, mostrando que houve diferenças nos métodos empregados na fabricação deles.
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Em 2012, por ocasião da doação de seis livros suecos sobre siderurgia para a Biblioteca de Obras Raras da Escola Politécnica da USP, com a presença do embaixador sueco no Brasil, o prof F. Landgraf fez uma apresentação sobre a importância dessa doação, associando-a à desaparecida biblioteca trazida por G. Hedberg à São Paulo, em 1810.
Em 2013, o trabalho de formatura de Anna Stein (STEIN, 2013) estudou a literatura internacional sobre as técnicas de redução e refino de ferro no Brasil do fim do século XVIII ao início do século XIX, momento 11 de transição entre os fornos baixos e altos, ressaltando as diferenças nos produtos obtidos em termos de microestrutura e composição química.
Em 2014, a dissertação de mestrado de Rafael R. Maia (MAIA, 2014) fez uma análise de amostras provenientes da Fábrica de Ipanema e do sítio de Sardinha feitas com minério do morro de Araçoiaba, caracterizando aço, gusa, minério e escórias. Foram realizadas análises por EDX seguidas de um tratamento estatístico dos dados obtidos, discriminando quais amostras foram produzidas por redução direta ou indireta. Sua dissertação de mestrado reforçou a importância das composições das inclusões de escória como indicativo do processo de manufatura de artefatos ferrosos históricos.
Também em 2014, Christian Slaughter apresentou uma dissertação de mestrado sobre a Espada de Damasco, orientado pelo prof Helio Goldenstein. O trabalho discutiu seu formato de sabre, sua matéria prima, o ferro de cadinho (Wootz), e incluiu uma etapa experimental, para avaliar as duas hipóteses sugeridas por Verhoeven e Shelby para explicar a formação do “padrão de damasco”.
Em 2014, Fernando Landgraf fez uma apresentação intitulada “Minhas impressões atrás das grades”. O powerpoint mostra grades de ferro, batido ou fundido, das sacadas de casas em S. Paulo, discute suas origens e investiga as fundições que trabalhavam na cidade no final do século 19.
Em 2015, o trabalho de formatura de Érika León (LEÓN, 2015) analisou amostras de ferro refinado da Coleção do Museu Nacional, produzidas na Fábrica de Ipanema, já na fase de utilização de altos fornos. Os métodos utilizados foram análises de macro e micrografias das amostras, medidas de fração volumétrica de inclusões não metálicas e ensaios de micro dureza de diferentes regiões da seção transversal das amostras, mostrando grande heterogeneidade microestrutural.
Em 2016, Élmer Calcina (CALCINA, 2016) analisou, em seu mestrado, amostras de ferro da Fábrica de Ipanema e de outras origens (incluindo amostras da Missão de São João Batista), desenvolvendo uma metodologia para identificar a assinatura química de procedência dessas amostras, por meio de ferramentas de caracterização química e microestrutural de inclusões não-metálicas e de análise hierárquica de conglomerados dos resultados de microanálise das inclusões. Foram analisadas as inclusões “globais” e de seus microconstituintes (fase wustita e “matriz”) com o objetivo de separar os resultados em quatro grupos coincidentes com as quatro procedências investigadas. Somente a análise hierárquica de conglomerados usando os teores de %MgO, %TiO2, %V2O5, %MnO e %Al2O3 presentes na fase wustita permitiu separar com sucesso os quatro grupos de resultados.
Em 2017, Eduardo Bertin (BERTIN, 2017) investigou, em seu trabalho de formatura, a composição de dendritas de wustita presentes em inclusões não metálicas dentro de duas amostras da Fábrica de Ipanema. Os dados obtidos foram classificados e comparados por tipos de inclusão (wustitas isoladas, dentro da matriz metálica e wustitas no seio de poças de escória), dentro da mesma amostra e entre amostras. Um tipo particular de inclusão de wustita (isolada e espalhada) mostrou conter uma proporção de Ti e V constante e semelhante entre as amostras analisadas, sendo a principal conclusão do trabalho.
Em 2018, o trabalho de formatura de Gabriel Costa Faria (FARIA 2018) abordou o uso de ferramentas de fabricação digital para modelagem das instalações da Real Fábrica de ferro de Ipanema no período da administração Varnhagen. O produto foi a construção de uma maquete em escala 1:100, doada para o Centro de Memória de Ipanema. Para construí-la, Gabriel investigou o alto-forno e as tecnologias adjacentes, como máquina insufladora, moinho, malho e fornos de refino. Foi feita uma pesquisa bibliográfica e documental da época para verificar informações relevantes para o trabalho. Foram modelados em CAD, os edifícios da fábrica bem como as máquinas que lá funcionavam, visando a construção de uma maquete virtual, bem como física, utilizando as ferramentas de manufatura digital disponíveis.
Em 2019, Clara Souza de Oliveira (OLIVEIRA, 2019) analisou, em seu trabalho de formatura, quatro amostras coletadas na região das Missões, enviadas pelo arqueólogo Edison Huttner. Clara concluiu que duas amostras têm microestrutura com poucas inclusões, devendo ser do século 20, e duas amostras tinham potencial: uma cruz coletada no município de Camaquã - RS e um cravo retirado do orbe de uma escultura de São Nicolau coletado no município de Santa Maria - RS. As duas amostras apresentaram grande volume de inclusões e a presença de Ti e V na fase wustita das inclusões de escória, elementos apontados em trabalhos anteriores como determinantes na identificação de objetos oriundos da Fábrica de Ipanema (CALCINA, 2016). No entanto, os teores encontrados foram muito baixos (<1%) e a diferença entre o teor médio de titânio encontrado nas amostras 182 e 185 (0,22% e 0,29%, respectivamente) e o encontrado no minério é muito discrepante (4,85%Ti). Diante destas evidências, não foi possível descartar nem tomar como certa a hipótese de as amostras terem sido produzidas em São João Batista, abrindo caminho para novas investigações e trabalhos><1%) e a diferença entre o teor médio de titânio encontrado nas duas amostras (0,22 e 0,29%, respectivamente) é muito discrepante do teor encontrado no minério local (4,9%). Com isso, não foi possível descartar nem tomar como certa a hipótese de as amostras terem sido produzidas no forno do padre Sepp, em São João Batista.
Em 2020, o trabalho de formatura de Rodolfo Ozaki (OZAKI, 2020) investigou a fração volumétrica de inclusões não metálicas em uma peça metálica da Ponte Imperial D. Pedro II, localizada na Bahia, construída em 1885 com ferro pudlado escocês. A fração foi determinada por diferentes técnicas: Metalografia Quantitativa, Densidade Hidrostática, Polarização Magnética de Saturação e Tomografia Computadorizada de Raio-X. Cada método possui especificidades características, o que se refletiu nos resultados em alguma vantagem operacional ou em incerteza associada ao método. A fração volumétrica média mostrou boa correlação entre os diferentes métodos, com exceção da Tomografia de Raio-X, cujo resultado foi inferior aos demais. O texto fez uma boa revisão das diferentes técnicas de refino do ferro, incluindo dados da evolução da produção mundial desde a segunda metade do século 19.
Em 2021, Murilo Andrade iniciou o estudo de objetos de ferro fundido, focalizando nos carbonetos presentes. O pequeno número de resultados não permitiu conclusões claras.
Também em 2021, o trabalho de formatura de Lucas Nalesso Gonçalves (Gonçalves, 2021), que teve o prof Solórzano na sua banca, reportou os resultados da análise de precipitados ricos em Ti e V formados no interior de dendritas de wustita, tanto em amostras de escórias sintética que buscaram reproduzir a composição das inclusões das amostras da Coleção do Museu Nacional e em um fragmento do refino usado na estrutura do alto forno. Concluiu que os precipitados das escórias sintéticas surgiram nas condições de resfriamento lento e são de espinélios de Fe contendo Ti e V.
Artigos a apresentações feitas por nossa equipe
Live do dia do aço 2024, no Museu Gerdau das Minas e do Metal: Metalurgia do Ferro no século 19 mineiro. https://www.youtube.com/watch?v=BkIxChx8OkQ
Maia, R. R., Gonçalves, L. N., Darin Filho, G., Neiva, A.C., Beneduce, F., Azevedo, C.R.F., Landgraf, F.J.G. Microstructural Characterisation of Ti and V-containing Synthetic Slags Mimicking the Chemical Composition of the Slag Inclusions of Ferrous Artefacts Produced in the Iron Factory of São João de Ipanema (XIX century, Brazil). Materials Research. 2024; 27:e20230248. DOI: https://doi.org/10.1590/1980-5373-MR-2023-0248.
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Veja no youtube a história da moenda sumida:
Crônicas arqueometalúrgicas
comentários curtos sobre temas variados da arqueometalurgia:
será que aquele colar dito da Imperatriz Tereza Cristina foi mesmo fundido em Ipanema?