I moderni approcci ingegneristici, basati su efficienza e concorrenzialità estreme, richiedono materiali e leghe caratterizzati da proprietà, qualità, affidabilità e prestazioni eccellenti e finalizzate. Al tempo stesso, tecnici e progettisti devono possedere conoscenze, capacità di scelta e progettazione che siano confidenti non solo con gli aspetti relativi alle prestazioni dei componenti, ma che tengano anche in seria e preminente considerazione gli aspetti energetici e ambientali, strettamente congiunti a criteri e possibilità di recupero, riciclo e reimpiego dei materiali utilizzati.
L'insegnamento si propone di fornire agli studenti afferenti al Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria dei Materiali, ma con possibile estensione anche ad altri corsi di Laurea Magistrale di tipo Tecnologico, gli strumenti conoscitivi necessari alla selezione e alla progettazione di leghe metalliche destinate a lavorare in condizioni di impiego severe o estreme. Saranno inoltre forniti approfondimenti riguardanti processi produttivi e trattamenti specifici.
L’approccio vuole essere assolutamente di tipo ingegneristico ed applicativo, non a caso il punto di partenza è basato sull’analisi delle principali applicazioni e delle proprietà d’uso delle leghe ad elevate prestazioni in settori strategici per le nostre economie.Una indicazione semplice e sintetica dei campi applicativi: dalle biciclette da competizione ai vettori spaziali, dalle tecnologie per acque e petrolio a quelle per gas.
The modern engineering approaches, founded on extreme efficiency and concurrence, need for materials and alloys characterized by excellent and finalized properties, quality, reliability and performances. Technicians and designers must have knowledge’s and designing capabilities strictly related to the aspects connected with components performances, as well as with environment, energy savings and materials recycling.
Aim of the course is to introduce the students into the field of suitable choice and design of alloys able to work in high stressing conditions and extreme environments. Specific features of production and treatment processes will be provided.
Main characteristic of the course is the engineering and applicative approach, the application fields, as well as the demanded properties for uses, i.e. from competitive bicycles to spatial vectors, to water, oil and gas sectors, being the starting point.
Le leghe con proprietà finalizzate ed elevate costituiscono la base delle tecnologie che governano la vita di ogni giorno, dalle semplici applicazioni domestiche, ai mezzi di generazione e trasporto di energie fino ai complessi sistemi aerospaziali e satellitari. La loro conoscenza e il loro sviluppo costituiscono la chiave verso future nuove sfide edapplicazioni avanzate, offrendo la possibilità unica di arricchire e potenziare l’esperienza applicativa, le capacità di progettazione e realizzazione degli obiettivi nell’ingegneria industriale.
Pertanto, l'insegnamento vuole essere uno strumento utile a creare una efficace mentalità ingegneristica circa la scelta appropriata e motivata delle leghe in funzione delle applicazioni previste, consentendone il corretto impiego, con ottimizzazioni economiche, energetiche ed ambientali, oltreché di tipo ingegneristico.
Al termine dell'insegnamento,allo studente sarà richiesto di conoscere i principali ambiti di impiego delle leghe studiate, con le loro proprietà d’uso specifiche, nonché di selezionare in modo ragionato le famiglie di materiali adatti alle particolari condizioni operative, tenendo conto dei vincoli e delle criticità introdotte dai principali passaggi produttivi e trattamenti termici.
Alloys with finalized and very high properties are the fundamentals of technologies which dominates the each day life, from domestic tooling to power generation and transportation systems, to complex aerospatial systems. The key toward future new highlights and advanced applications is strictly related to their knowledge and development, it is a unique opportunity to enrich the experience for application and the capabilities to design and realize the modern tasks of the industrial engineering.
The course aims to be a helpful instrument to create a suitable engineering mentality devoted to the proper and motivated choice of alloys as a function of the specific application, for their correct use with optimizations concerning both environment and energy, as well as economical and engineering aspects.
At the end of the course the students will be required to know the main application domains, together with the required properties and their testing and certification, taking into account for the particular working domains and for possible critical aspects introduced by manufacturing and treatment processes.
L’allievo che accede a questo insegnamento deve conoscere i principi fondamentali della Metallurgia e della Scienza e Ingegneria dei Materiali in genere. In particolare, sarà data per scontata la conoscenza della termodinamica, dei comuni trattamenti termici, dei meccanismi di rafforzamento, di scorrimento e di deformazione plastica/incrudimento, del significato e dei metodi di misura delle proprietà meccaniche, statiche, dinamiche, a fatica, sia a freddo che a caldo, fenomeni di scorrimento viscoso, fenomeni e meccanismi di corrosione.
The student needs to have knowledge of fundamentals of Metallurgy and of Materials Science and Engineering. In particular they are required to know the thermodynamics concepts of metallurgical processes, heat treatments, reinforcement mechanisms, metal working and strain hardening. Mechanical and chemical properties: effects and measurements.
Analisi ed illustrazione dei principali ambiti applicativiedelle proprietà d’uso necessarie per soddisfare le esigenze di impiego in settori strategici ed avanzati, quali: aeronautico ed aerospaziale, energetico, petrolifero/chimico, marino e moderni trasporti terrestri.
Richiamo dei principi fondamentali della termodinamica dei processi siderurgici e metallurgici di base, necessari per la comprensione dell’influenza e degli effetti dei cicli impiegati per la produzione delle leghe ad elevate prestazioni.
• Termodinamica dei processi di elaborazione.
• Processi in atmosfera controllata e processi sotto vuoto.Processi di rifusione.
• Trattamenti termici finalizzati, necessari per ottenere le massime proprietà possibili e le migliori prestazioni nei differenti ambiti di impiego delle leghe considerate.
Studio delle leghe specifiche ferrose e non ferrose, idonee a garantire elevate ed uniche qualità e proprietà finali.
Leghe ferrose: ghise ADI e Ni-resist, acciai alto-resistenziali e per utensili, acciai inossidabili monofasici, bifasici ed indurenti per precipitazione, acciaiMaraging.Tecniche di produzione e di trattamento specifiche delle leghe ferrose ad elevate prestazioni.
Leghe non ferrose: leghe rame-alluminio e rame-berillio, leghe di titanio, leghe di alluminio e di magnesio ad elevata resistenza per impieghi aeronautici e/o speciali. Proprietà specifiche e rafforzamenti.
Superleghee loro evoluzione, dalla prima alla quarta generazione. Superleghe base ferro-nichel, base ferro-cromo-alluminio, base nichel e base cobalto. Tecniche di produzione e di trattamento specifiche per le superleghe.
Meccanismi di rafforzamento specifici delle superleghe, fasi interessate, loro equilibri e trasformazioni. Caratteristiche di resistenza a usura ed a corrosione delle superleghe e loro prestazioni. Fenomeni di ossidazione nel caso di impieghi ad alta temperatura e rivestimenti impiegabili per una idonea protezione.
Principi e criteri di progettazione con le leghe studiate in funzione delle loro specifiche applicazioni industriali, con analisi e scelta della lega ottimale in funzione di proprietà e resistenze esigibili e del prevedibile ciclo di vita.
Possibilità di realizzare giunzioni, meccaniche e/o metallurgiche. Metallurgia e tecnologie specifiche di giunzione, quali brasature e saldature: TIG, MIG, FSW, EBW E LASER. Saldatura di materiali dissimili.
Per le differenti famiglie di leghe saranno fornite indicazioni inerenti alle possibilità di recupero e riciclo, risparmio energetico e rispetto ambientale.
Main applications and required properties to satisfy the uses if alloys in advanced and strategic sectors, like: aero-spatial and aeronautic, energy, oil and chemical, marine environment and modern terrestrial transportation systems.
Overlook to fundamentals of basic metallurgical processes thermodynamics’ helpful to understand influence and effects of manufacturing processes and steps for high performance alloys.
• Thermodynamic of elaboration processes.
• Processes under controlled and/or vacuum atmospheres
• Final specific heat treatments to generate the required properties.
Ferrous and non-ferrous alloys able to assure high and unique final properties.
Ferrous alloys: ADI and Ni-resist irons, high strength and tool steels, stainless and maraging steels. Manufacturing and treatment techniques for high performance ferrous alloys.
Non ferrous alloys: aluminum and beryllium based cupper alloys, titanium alloys, aluminum and magnesium alloys for aeronautical and/or special applications. Specific properties and mechanical reinforcement.
Superalloys: their evolution, from first to fourth generation. Fe-Ni, Fe-Cr-Al, Ni and Co based superalloys. Specific treatment and production techniques for superalloys. Their particular reinforcement mechanisms, involved phases, equilibria and transformations. Wear and corrosion strength, and performances of superalloys. Oxydation phenomena when used at high temperature and need for dedicated coatings.
Principles and design criteria of studied alloys for their industrial applications, choice optimization for required properties and strength, as well as LCA considerations.
Possible mechanical and metallurgical joining systems. Metallurgy and technology of specific joining processes, like soldering, brazing and welding: TIG, MIG, FSW, EBW and Laser. Welding of dissimilar materials.
Indications related to recovery and recycling of different family of alloys, energy savings and environmental aspects will also be supplied
L'insegnamento, oltre alle lezioni teoriche in aula, comprende anche una serie di esercitazioni nelle quali saranno illustrati casi reali di applicazioni industriali e scelta dei prodotti, con successiva impostazione di ipotesi applicative e conseguenti scelte con indicazione dei criteri progettuali applicabili. Si eseguiranno aggiornamenti costanti circa futuri sviluppi nelle applicazioni e nella generazione di nuove leghe di interesse industriale.
Infine, saranno analizzati i principali difetti che possono essere cause di cedimento. Tale parte dell'insegnamento sarà trattata oltre che in via teorica con l’illustrazione in laboratorio di casi di failure analysis, includendoanche osservazioni metallografiche e frattografiche.
The course, beyond the theoretical lectures is organized, to provide practical lessons related to illustrate different case study of industrial applications and materials choice, approaching design hypotheses for specific industrial uses and available alloys. Continuous updating of new applications, as well as on generation of new alloys will be done.
Finally, the main defects responsible for possible failures will be analyzed, in particular some cases of failure analysis will be presented, including metallographic and fractures observations.
Non vi sono testi specifici sulle lezioni, a cura del Docente sono messe a disposizione copie delle lezioni in formato elettronico, eventualmente implementabili tramite approfondimenti desumibilidai seguenti testi di riferimento:
ASM Handbook - vol. 01: Properties and Selection: Iron Steels and High Performance Alloys.
ASM Handbook - vol. 02, Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Special-Purpose Materials.
ASM Handbook - vol 06 - Welding, Brazing, and Soldering.
ASM Handbook - vol. 11 - Failure Analysis and Prevention
ASM Handbook - vol 13 - Corrosion.
ASM Handbook - vol. 20 - Material Selection and Design
Aerospace Materials Handbook, S. Zhang, D. Zhao, CRC press, Taylor & Francis Group, 2013.
At the moment a text book is not available, electronic copy of the lectures will be provided to students, international language and terms being adopted. Part of the documents will be in English language.
References for further support are listed beelow:
ASM Handbook - vol. 01: Properties and Selection: Iron Steels and High Performance Alloys.
ASM Handbook - vol. 02, Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Special-Purpose Materials.
ASM Handbook - vol 06 - Welding, Brazing, and Soldering.
ASM Handbook - vol. 11 - Failure Analysis and Prevention
ASM Handbook - vol 13 - Corrosion.
ASM Handbook - vol. 20 - Material Selection and Design
Aerospace Materials Handbook, S. Zhang, D. Zhao, CRC press, Taylor & Francis Group, 2013
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;
Exam: Compulsory oral exam;
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L’esame è orale per tutti gli appelli dell’anno accademico e consiste in due o tre domande principali poste ad ogni candidato, in modo da valutare la sua capacità di sintesi e di collegamento fra i vari argomenti trattati durante l'insegnamento Peraltro le domande sono occasione per stimolare approfondimenti da parte del candidato che possano far valutare il grado di apprendimento dello stesso.
Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.
Exam: Compulsory oral exam;
Oral examination will be carried out with 2 or 3 main questions devoted to evaluate the learning degree, as well as the deepening, linking and synthesis capability of the candidate.
In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.
