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Roberto GIOVANARDI
Professore Associato
Dipartimento di Ingegneria "Enzo Ferrari"
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Insegnamento: Scienza dei Materiali e Metallurgia
Ingegneria Meccanica (Offerta formativa 2022)
Obiettivi formativi
Sviluppare nello studente le conoscenze di base sulla scienza dei materiali in particolare sulla struttura dei materiali, e sulle correlazioni di questa rispetto alle proprietà chimico,fisiche e meccaniche e fornire informazioni su come sia possibile modificare le strutture con trattamenti fisici e chimici al fine di modificarne le proprietà ingegneristiche.
Fornire allo studente un quadro il più ampio possibile delle proprietà di metalli e leghe metalliche ferrose e non, con particolare riguardo alle proprietà di tipo ingegneristico. Presentare i concetti di base relativi alle trasformazioni di fase e ai meccanismi di rinforzo. Introdurre lo studente alle prove sui materiali e al comportamento meccanico dei metalli.
Prerequisiti
Conoscenze di chimica generale acquisite con un insegnamento universitario di primo livello.
Programma del corso
Struttura della materia (1CFU): stato amorfo e cristallino. Difetti.
Microstruttura dei materiali (1CFU).
Introduzione alle proprietà meccaniche dei materiali (1CFU).
La diffusione allo stato solido (1CFU).
Introduzione ai diagrammi di stato (1CFU): trasformazioni di fase, aspetti termodinamici e cinetici, reazioni allo stato solido.
Materiali plastici amorfi e semicristallini (0.5CFU).
I materiali ceramici e vetrosi (0.5 CFU).
Materiali metallici e metallurgia (2CFU): solidificazione dei metalli e delle leghe, nucleazione e accrescimento, proprietà meccaniche dei metalli, deformazioni elastiche e plastiche, teoria delle dislocazioni. Proprietà delle dislocazioni. Applicazione della teoria delle dislocazioni all'incrudimento, al rinforzo per soluzione solida, per bordo di grano, per particelle deformabili e non. Frattura dei metalli: meccanismi di frattura duttile e fragile. La fatica nei metalli: innesco, propagazione e schianto. Prove di fatica e applicazione dei dati sperimentali. Scorrimento viscoso nei metalli. Prove di creep e applicazione dei dati sperimentali. Concetti basilari di tribologia e corrosione. Leghe Fe-C: diagramma di stato Fe-C. Fasi e microstrutture negli acciai e nelle ghise. Sistema Fe-C in condizioni di equilibrio termodinamico. Classificazione e designazione degli acciai. Alluminio e sue leghe.
Trattamenti termici e termochimici (1CFU): trasformazione perlitica e bainitica, trasformazione martensitica. Effetto degli elementi di lega sulla struttura e sulle proprietà degli acciai. Diagrammi TTT e CCT. Bonifica, ricottura e normalizzazione degli acciai. Trattamenti termochimici. Trattamenti termici delle leghe di alluminio.
Metodi didattici
Le lezioni verranno svolte a distanza in modo asincrono (registrate) a causa della situazione sanitaria COVID19; sono previste sessioni periodiche in modalità sincrona (streaming) per chiarire dubbi. Il materiale didattico originale presentato (presentazioni power point e dispense) è reso disponibile agli studenti attraverso il sistema DOLLY.
Testi di riferimento
Testi consigliati:
- Dispense del docente
- W.F. Smith, Scienza e Tecnologia dei Materiali, Ed. McGraw-Hill
- M.F. Ashby - Materials Selection in Mechanical Design".
- W. Nicodemi - Metallurgia: principi generali - Zanichelli
- W. Nicodemi - Acciai e leghe non ferrose - Zanichelli
Verifica dell'apprendimento
La prova finale di accertamento è divisa in due parti: i) prova scritta (esercizi e domande a risposta breve, durata 2 ore, con punteggio in trentesimi) e ii) prova orale (articolata su tre domande che spaziano sull'intero programma, con punteggio in trentesimi) obbligatoria solo in caso in cui il punteggio della prova scritta sia inferiore a 21/30. In caso di prova orale il voto finale dell'esame sarà ottenuto come media dei punteggi (in trentesimi) ottenuti nelle due prove (scritto e orale).
Durante la prova scritta è possibile utilizzare calcolatrice e righello (per eseguire calcoli e misure su eventuali diagrammi forniti dal docente). Durante la prova orale NON è consentito consultare materiale didattico.
Le prove potrebbero essere svolte in presenza
o a distanza a seconda dell'evoluzione della situazione COVID19
Risultati attesi
Conoscenza e capacità di comprensione: Tramite lezioni in aula, seminari e materiale audio/video, lo studente apprende le nozioni principali della scienza dei materiali e relative tecnologie di produzione e acquisisce la capacità di risolvere semplici problemi inerenti proprietà meccaniche, diagrammi di stato e diffusione.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Tramite le esercitazioni in classe, lo studente è in
grado di applicare le conoscenze acquisite per la progettazione di un trattamento termico, il dimensionamento di strutture semplici e le conseguenze di un riscaldamento/raffreddamento
di sistemi complessi
Autonomia di giudizio: Attraverso la presentazione di differenti interpretazioni per il medesimo fenomeno, lo studente è portato a sviluppare autonomia di giudizio; la somministrazione di esercizi con risultati impossibili o con infinite soluzioni rafforzano la capacità di sviluppare giudizio critico.
Abilità comunicative: partecipazione diretta alle esercitazioni, in cui lo studente deve comunicare il risultato del proprio lavoro individuale
Capacità di apprendimento: le attività descritte consentono allo studente di acquisire gli strumenti metodologici per proseguire gli studi e per potere approfondire autonomamente le tematiche di interesse.