Servizi per la didattica
PORTALE DELLA DIDATTICA

Materiali per l'industria meccanica

03GJLNE

A.A. 2020/21

2020/21

Materiali per l'industria meccanica

L’insegnamento si propone di fornire le conoscenze inerenti ai materiali metallici ed alla loro applicazione nell'industria meccanica più avanzate e complementari rispetto a quelle fornite negli insegnamenti di primo livello degli atenei italiani, in particolare nell'insegnamento di Scienza e tecnologia dei materiali/Tecnologia dei materiali metallici di questo ateneo; si tratta di conoscenze fondamentali nella professione dell’ingegnere meccanico. L'insegnamento pone particolare enfasi sulla comprensione dell’interdipendenza tra la scelta di un materiale metallico e la progettazione del suo ciclo di lavorazione. Poiché la scelta e la progettazione sono in ultima analisi condizionate dalle proprietà desiderate in opera, vengono trattati in particolare i seguenti aspetti inerenti ai materiali metallici e le loro reciproche correlazioni: 1) principi di metallurgia fisica e di termodinamica; 2) processi di fabbricazione, di trattamento termico e meccanico; 3) strutture, microstrutture e loro proprietà; 4) prestazioni in opera (principalmente meccaniche ma anche elettromagnetiche, termiche e in presenza di corrosione).

Materiali per l'industria meccanica

The module intends to provide more advanced and complementary knowledge of metallic materials and of their application in the mechanical industry, with respect to the basic knowledge offered by the B.Sc. level modules of the Italian Universities, and especially in respect to the module of Science and Technology of Material / Technology of Metallic Materials of this University. This knowledge is fundamental in the mechanical engineer profession. The subject especially emphasizes the understanding of the interdependency between the choice of a metallic material and the design of its production cycle. As both choice and design are eventually conditioned by the required service properties, the following issues concerning the metallic materials, as well as their mutual correlations, are discussed: 1) principles of physical metallurgy and thermodynamics; 2) manufacturing and thermal and mechanical treatment processes; 3) structures, microstructures, and their properties; 4) service performance (mainly mechanical, but also electromagnetic, thermal and in presence of corrosion).

Materiali per l'industria meccanica

Conoscenze di termodinamica e di teoria delle trasformazioni allo stato solido. Conoscenza dei principi fondamentali delle proprietà meccaniche, in presenza di corrosione, termiche, elettriche e magnetiche dei materiali metallici. Conoscenza delle principali tecnologie di fabbricazione e di trasformazione degli acciai e di altri materiali metallici. Conoscenze specifiche concernenti le categorie di materiali metallici di maggiore rilievo impiegati per l'industria meccanica.

Materiali per l'industria meccanica

Knowledge of thermodynamics and of solid state transformation theory. Knowledge of the fundamental principles of mechanical, corrosion-related, thermal, electrical and magnetic properties of the metallic materials. Knowledge of the main fabrication and transformation technologies of steels and of other metallic materials. Specific knowledge concerning the the most important classes of metallic materials used in the mechanical industry.

Materiali per l'industria meccanica

Conoscenze di base di fisica, chimica, meccanica strutturale, scienza e tecnologia dei materiali metallici.

Materiali per l'industria meccanica

Basic knowledge of physics, chemistry, structural mechanics, science and technology of metallic materials.

Materiali per l'industria meccanica

Programma (Prof. R. Doglione) Richiami di metallurgia fisica e di meccanica dei cristalli. Meccanica delle dislocazioni. Campi di tensione reticolari delle dislocazioni e loro interazione. Meccanismo di rafforzamento per soluzione solida, fenomeno dello snervamento, bande di Lȕders, effetto Portevin Le Chatelier. Rafforzamenti per incrudimento, bordo di grano, precipitazione e trasformazione martensitica. Esempi applicativi dei meccanismi di rafforzamento a leghe metalliche d'interesse tecnologico per la Meccanica. Aspetti fisico-meccanici delle trasformazioni di fase degli acciai: densità delle fasi di equilibrio e non, variazioni di volume specifico durante le trasformazioni di fase e tensioni residue indotte. Variazioni dimensionali e tensioni residue durante la trasformazione martensitica dgli acciai. Effetto della percentuale di carbonio e degli elementi leganti. Temprabilità degli acciai. Rinvenimento degli acciai, trasformazioni di fase e variazione delle caratteristiche meccaniche. Acciai per ruote dentate: condizioni di esercizio, degrado strutturale e pitting. Progettazione delle ruote dentate secondo le norme ISO 6336: criteri di scelta degli acciai per la resistenza alla fatica a flessione ed alla fatica di contatto. Acciai da bonifica per ruote dentate, condizioni applicative specifiche, scelta e trattamento degli acciai. Acciai per tempra superficiale. Acciai da cementazione per resistere alla fatica di contatto. Trattamenti termici specifici: tempra diretta, tempra singola, tempra in due tempi, tempra sotto zero. Composizione chimica e scelta degli acciai: effetti sulle distorsioni, sulle tensioni residue, sull'austenite residua e sulla resistenza al pitting. Acciai da nitrurazione per ruote dentate: composizione, caratteristiche microstrutturali e meccaniche, applicazioni specifiche. Acciai per molle: resistenza statica e a fatica necessarie per le applicazioni. Fili di acciai non legato, patentato e trafilato a freddo, microstruttura, caratteristiche ed effetto del diametro sulle caratteristiche. Fili di acciaio non legato o legato bonificato, composizione chimica, trattamento termico, caratteristiche d'impiego. Metallurgia delle polveri. Processi di produzione dei componenti e sinterizzazione, effetto della porosità e della microstruttura sulle caratteristiche meccaniche. Acciai per componenti prodotti con la metallurgia delle polveri. Fisica e termodinamica della solidificazione. Solidificazione dendritica. Porosità e difetti di fonderia. Peculiarità delle caratteristiche meccaniche dei componenti ottenuti per colata. Comportamento meccanico in regime elastico e plastico, meccanismi di danno microstrutturale, frattura e fatica. Effetto di scala, applicazione della statistica di Weibull. Confronto delle caratteristiche ingegneristiche di pezzi prodotti con le diverse tecnologie di colata. Confronto con i semilavorati ottenuti per deformazione plastica o asportazione di truciolo. Leghe di alluminio da fonderia. Tipi, tecnologie di produzione, caratteristiche meccaniche, resistenza alla corrosione, applicazioni specifiche della Meccanica. Leghe di magnesio da fonderia. Tipi, tecnologie di produzione, caratteristiche meccaniche, resistenza alla corrosione, applicazioni specifiche. Nuove leghe di magnesio. Programma (Prof. P. Matteis) Produzione dei metalli mediante riduzione dei loro ossidi. Tecnologie di produzione dell'acciaio: altoforno, convertitore, acciaieria elettrica, elaborazione dell'acciaio liquido, colata continua, laminazione a caldo. Fasi e trasformazioni allo stato solido negli acciai: il diagramma di stato ferro-carbonio; trasformazioni dell'austenite in ferrite, perlite, martensite e bainite ed effetti degli elementi di lega. Introduzione ai trattamenti termici degli acciai: ricottura subcritica, ricottura ipercritica (e normalizzazione), tempra e rinvenimento. La transizione duttile-fragile negli acciai ferritici. Meccanismi microscopici di frattura (clivaggio, frattura intergranulare, frattura duttile). Saldatura e saldabilità degli acciai. Tecnologie di saldatura. Acciai a basso tenore di carbonio: prodotti laminati a caldo o a freddo; acciai HSLA; ricottura a lotti o continua; invecchiamento; imbutibilità; acciai bake hardening; acciai DP; acciai TRIP; acciai martensitici. Acciai a medio tenore di carbonio: acciai per bonifica, temprabilità, aspetti termofisici e meccanici durante la tempra, applicazioni; acciai microlegati (ferritici-perlitici); acciai bainitici. Trattamenti termici e termochimici superficiali degli acciai (tempra a induzione, cementazione, nitrurazione). Acciai perlitici per rotaie e per funi. Acciai per cuscinetti. Acciai per utensili: ruolo dei carburi; cicli di lavorazione e trattamento termico; classi principali (per stampi per lavorazioni a freddo, per stampi per lavorazioni a caldo, rapidi). Acciai maraging. Principi di corrosione. Acciai inossidabili austenitici, ferritici, martensitici, indurenti per precipitazione e duplex: composizioni e proprietà; effetti degli elementi di lega; formazione ed effetti delle seconde fasi; trattamenti termici. Fenomeni di scorrimento viscoso e di corrosione a secco e leghe per applicazioni ad alta temperatura (acciai, acciai inossidabili, superleghe). Proprietà termiche, elettriche e magnetiche dei materiali metallici; richiami di magnetismo e ferromagnetismo; acciai per applicazioni magnetiche. Ghise: colabilità, effetti degli elementi di lega, classificazione. Ghise bianche e malleabili. Ghise grigie lamellari, sferoidali e vermicolari. Ghise austemperate. Leghe di alluminio: caratteristiche generali, rafforzamento per precipitazione, leghe per deformazione plastica, leghe per fonderia. Rame e sue leghe: proprietà, rame commercialmente puro, ottoni, bronzi, leghe rame-berillio. Leghe di titanio: forme cristallografiche, effetti degli elementi di lega, microstrutture, leghe alfa, leghe alfa-beta e leghe beta. Leghe di magnesio e di zinco. Esercitazioni di laboratorio: metallografia ottica; analisi elementare mediante spettroscopia ottica; prove di trazione, resilienza, durezza e microdurezza.

Materiali per l'industria meccanica

Course syllabus (Prof. R. Doglione) Review of physical and mechanical metallurgy of crystals. Mechanics of dislocations. Lattice stress fields of dislocations and their interaction. Strengthening mechanism of solid solution, yield phenomenon, Lȕders bands, Portevin Le Chatelier effect. Strengthening by work hardening, grain boundary, precipitation and martensitic transformation. Application examples of technological interest for Mechanics of strengthening mechanisms on structural alloys. Physical-mechanical aspects of phase transformations of steels: density of equilibrium and non-equilibrium phases, specific volume variations during phase transformations and induced residual stresses. Dimensional variations and residual stresses during the martensitic transformation of steels. Effect of carbon percentage and of alloying elements. Hardenability of steels. Tempering of steels, phase transformations and variation of mechanical characteristics. Steels for gears: operating conditions, structural deterioration and pitting. Gear design according to ISO 6336 standards: steel selection criteria for bending fatigue and contact fatigue resistance. Tempering of steels for gears, specific application conditions, choice and treatment of steels. Surface hardening steels. Case-hardening steels to resist contact fatigue. Specific heat treatments: direct hardening, single hardening, two-step hardening, sub-zero hardening. Chemical composition and choice of steels: effects on distortions, residual stresses, retained austenite and resistance to pitting. Nitriding steels for gears: composition, microstructural and mechanical characteristics, specific applications. Spring steels: static and fatigue strength required for applications. Unalloyed steel wire, patented and cold drawn: microstructure, mechanical characteristics and effect of diameter on characteristics. Unalloyed or alloyed tempered steel wires: chemical composition, heat treatment, application characteristics. Powder metallurgy. Component production and sintering processes, effect of porosity and microstructure on mechanical characteristics. Steels for components produced with powder metallurgy. Physics and thermodynamics of solidification. Dendritic solidification. Porosity and foundry defects. Peculiarities of the mechanical characteristics of the components obtained by casting. Mechanical behavior in elastic and plastic regimes, mechanisms of microstructural damage, fracture and fatigue. Scale effect, application of the Weibull statistics. Comparison of the engineering characteristics of parts produced with the different casting technologies. Comparison with components obtained by wrought alloys. Casting aluminum alloys. Types, production technologies, mechanical characteristics, resistance to corrosion, specific applications in Mechanical Engineering. Casting magnesium alloys. Types, production technologies, mechanical characteristics, resistance to corrosion, specific applications. New magnesium alloys. Course syllabus (Prof. P. Matteis) Production of metals by the reduction of their oxides. Steelmaking technologies: blast furnace, basic oxygen furnace, electric arc furnace, ladle metallurgy, continuous casting, hot rolling. Phases and solid state transformations in steels: the iron-carbon phase diagram; the transformation of austenite into ferrite, pearlite, martensite and bainite and the effects of alloy elements. Steel heat treatments: subcritical annealing, hypercritical annealing (and normalizing), quenching and tempering. The ductile-brittle transition of ferritic steels. Microscopic fracture mechanisms (cleavage, intergranular fracture, ductile fracture) Steel welding and weldability. Welding technologies. Low carbon steels: hot rolled or cold rolled products; HSLA steels; batch or continuous annealing; aging; cold formability; interstial free steels; bake hardening steels; DP steels; TRIP steels; martensitic steels. Medium carbon steels: quenching and tempering steels, hardenability, thermophysical and mechanical aspects during quenching, and applications; microalloyed (ferritic-pearlitic) steels; bainitic steels. Thermal and thermo-chemical surface treatments of steels (induction hardening, case hardening, nitriding). Pearlitic rail and wire steels. Bearing steels. Tool steels: role of carbides; production cycles and heat treatment; main classes (cold work, hot work, high speed). Maraging steels. Elements of corrosion. Austenitic, ferritic, martensitic, precipitation hardening, and duplex stainless steels: compositions and properties; effects of alloy elements; formation and effects of second phases; heat treatments. Creep and high-temperature corrosion phenomena, and high-temperature alloys (steels, stainless steels, superalloys). Thermal, electric and magnetic properties of metallic materials; basic concepts of magnetism and ferromagnetism; steels for magnetic applications. Cast irons: castability; effects of alloy elements, classification. White and malleable cast irons. Lamellar, spheroidal and vermicular grey cast irons. Austempered cast irons. Aluminium alloys: general characteristics, strengthening by precipitation hardening, wrought alloys, casting alloys. Copper and its alloys: properties, commercially pure copper, brasses, bronzes, copper-berillium alloys. Titanium alloys: crystal structures; effects of alloy elements; microstructures; alpha, alpha-beta and beta alloys. Magnesium alloys and zinc alloys. Laboratory exercises: optical metallography; elemental analisys by means of optical spectroscopy; tensile, impact energy, hardness and microhardness testing.

Materiali per l'industria meccanica

Materiali per l'industria meccanica

Materiali per l'industria meccanica

L'apprendimento è basato principalmente sulle dispense distribuite dal docente - per alcune parti - e sugli appunti delle lezioni.

Materiali per l'industria meccanica

Learning is based mainly on the lecture notes provided by the lecturer - for some parts - and on the students’ own notes.

Materiali per l'industria meccanica

Testi consigliati e bibliografia (Prof. R. Doglione) W. Nicodemi, "Metallurgia - Principi generali", Zanichelli W. Nicodemi, "Acciai e leghe non ferrose", Zanichelli ASM Metals Handbook vol.1 decima ed.: "Properties and Selection Irons Steels and High Performance Alloys", 1993 ASM Metals Handbook vol.2 decima ed.: "Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Special-Purpose Materials", 1992 ASM Metals Handbook vol.15 decima ed.:"Casting", 1998 Jan Polmear : "Light Alloys", Butterworth-Heinemann, 2006 H. E. Friedrich, B. L. Mordike: "Magnesium Technology", Springer, 2006 Sarà distribuito materiale cartaceo di supporto oppure saranno pubblicate sul portale della didattica dispense sugli argomenti del corso. Testi consigliati e bibliografia (Prof. P. Matteis) I seguenti testi sono consigliati per consultazione: A. Cigada, T. Pastore, "Struttura e proprietà dei materiali metallici", McGraw-Hill G. Krauss, "Steels, Processing, Structure, and Performance", 2nd ed., ASM International F.C. Campbell, "Elements of Metallurgy and Engineering Alloys", ASM International

Materiali per l'industria meccanica

Reading materials (Prof. Doglione) W. Nicodemi, "Metallurgia - Principi generali", Zanichelli W. Nicodemi, "Acciai e leghe non ferrose", Zanichelli ASM Metals Handbook vol.1 10th ed.: "Properties and Selection Irons Steels and High Performance Alloys", 1993 ASM Metals Handbook vol.2 10th ed.: "Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Special-Purpose Materials", 1992 ASM Metals Handbook vol.15 10th ed.:"Casting", 1998 Jan Polmear : "Light Alloys", Butterworth-Heinemann, 2006 H. E. Friedrich, B. L. Mordike: "Magnesium Technology", Springer, 2006 Supporting material on the course topics will be distributed or will be published on the teaching portal. Reading materials (Prof. P. Matteis) The following textbooks are recommended for consultation: A. Cigada, T. Pastore, "Struttura e proprietà dei materiali metallici", McGraw-Hill G. Krauss, "Steels, Processing, Structure, and Performance", 2nd ed., ASM International F.C. Campbell, "Elements of Metallurgy and Engineering Alloys", ASM International

Materiali per l'industria meccanica

Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Prova scritta a risposta aperta o chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus);

Materiali per l'industria meccanica

Criteri, regole e procedure per l'esame in remoto (Prof. R. Doglione) L'esame scritto è di durata 2 ore, costituito da 3 domande aperte a punteggio la cui somma vale 30. L'esame orale è anche costituito da 3 domande aperte a punteggio la cui somma vale 30. L'esame è rivolto ad accertare la conoscenza e comprensione di tutti gli argomenti trattati nell'insegnamento e delle loro interrelazioni. Durante l'esame non possono essere usati testi, dispense, formulari, appunti e dispositivi elettronici (diversi dal pc usato per accedere all'esame stesso). Criteri, regole e procedure per l'esame in remoto (Prof. P. Matteis) Esame scritto di durata 1 ora e 15 minuti, costituito da 15 domande aperte, valutate fino a 2 punti ciascuna. L'esame è rivolto ad accertare la conoscenza e comprensione di tutti gli argomenti trattati nell'insegnamento e delle loro interrelazioni. Durante l'esame non possono essere usati testi, dispense, formulari, appunti e dispositivi elettronici (diversi dal pc usato per accedere all'esame stesso).

Materiali per l'industria meccanica

Exam: Compulsory oral exam; Computer-based written test with open-ended questions or multiple-choice questions using the Exam platform and proctoring tools (Respondus);

Materiali per l'industria meccanica

Assessment and grading criteria for online exam (Prof. R Doglione) The written exam lasting 2 hours, consisting of 3 open-ended questions, the sum of which is worth 30 points. The oral exam is also made up of 3 scoring open questions, the sum of which is worth 30 points. The exam is aimed at ascertaining the knowledge and understanding of all the topics covered in the course and their interrelations. During the exam, texts, handouts, forms, notes and electronic devices (other than the PC used to access the exam itself) cannot be used Assessment and grading criteria for online exam (Prof. P. Matteis) Written exam, with 1 h 15 min duration, consisting of 15 open questions, evaluated up to 2 points each. The exam aims to asses the knowledge and understanding of all topics discussed in the subject, and of their interrelations. Textbooks, lecture notes, formularies, and electronic devices (other than the pc used to access the exam itself) cannot be used during the exam.

Materiali per l'industria meccanica

Modalità di esame: Test informatizzato in laboratorio; Prova scritta (in aula); Prova orale obbligatoria; Prova scritta a risposta aperta o chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus);

Materiali per l'industria meccanica

Criteri, regole e procedure per l'esame in modalità mista (Prof. R. Doglione) L'esame scritto è di durata 2 ore, costituito da 3 domande aperte a punteggio la cui somma vale 30. L'esame orale è anche costituito da 3 domande aperte a punteggio la cui somma vale 30. L'esame è rivolto ad accertare la conoscenza e comprensione di tutti gli argomenti trattati nell'insegnamento e delle loro interrelazioni. Durante l'esame non possono essere usati testi, dispense, formulari, appunti e dispositivi elettronici (diversi dal pc usato per accedere all'esame stesso). Criteri, regole e procedure per l'esame in modalità mista (Prof. P. Matteis) Esame scritto di durata 1 ora e 15 minuti, costituito da 15 domande aperte, valutate fino a 2 punti ciascuna. L'esame è rivolto ad accertare la conoscenza e comprensione di tutti gli argomenti trattati nell'insegnamento e delle loro interrelazioni. Durante l'esame non possono essere usati testi, dispense, formulari, appunti e dispositivi elettronici (diversi dal pc usato per accedere all'esame stesso).

Materiali per l'industria meccanica

Exam: Computer lab-based test; Written test; Compulsory oral exam; Computer-based written test with open-ended questions or multiple-choice questions using the Exam platform and proctoring tools (Respondus);

Materiali per l'industria meccanica

Assessment and grading criteria for blended exam (Prof. R. Doglione) Written exam lasting 2 hours, consisting of 3 open-ended questions, the sum of which is worth 30 points. The oral exam is also made up of 3 scoring open questions, the sum of which is worth 30 points. The exam is aimed at ascertaining the knowledge and understanding of all the topics covered in the course and their interrelations. During the exam, texts, handouts, forms, notes and electronic devices (other than the PC used to access the exam itself) cannot be used Assessment and grading criteria for blended exam (Prof. P. Matteis) Written exam, with 1 h 15 min duration, consisting of 15 open questions, evaluated up to 2 points each. The exam aims to asses the knowledge and understanding of all topics discussed in the subject, and of their interrelations. Textbooks, lecture notes, formularies, and electronic devices (other than the pc used to access the exam itself) cannot be used during the exam.

Esporta Word


© Politecnico di Torino
Corso Duca degli Abruzzi, 24 - 10129 Torino, ITALY
Contatti