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Science and technology of materials
04CFRMC, 04CFRMO
A.A. 2021/22
Course Language
Italian
Degree programme(s)
1st degree and Bachelor-level of the Bologna process in Ingegneria Civile - Torino
1st degree and Bachelor-level of the Bologna process in Ingegneria Per L'Ambiente E Il Territorio - Torino
Course structure
| Teaching | Hours |
|---|---|
| Lezioni | 48 |
| Esercitazioni in aula | 12 |
Lecturers
| Teacher | Status | SSD | h.Les | h.Ex | h.Lab | h.Tut | Years teaching |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Pavese Matteo - Corso 2 | Professore Associato | IMAT-01/A | 15 | 12 | 0 | 0 | 11 |
| Tulliani Jean Marc Christian - Corso 1 | Professore Ordinario | IMAT-01/A | 48 | 12 | 0 | 0 | 13 |
Co-lectures
Context
| SSD | CFU | Activities | Area context | ING-IND/22 | 6 | C - Affini o integrative | Attività formative affini o integrative |
|---|
2021/22
I materiali rivestono un ruolo di grande rilievo nella progettazione e l'insegnamento di Scienza e Tecnologia dei Materiali si propone di fornire una cultura ingegneristica di base sui materiali, con particolare enfasi alle correlazioni esistenti tra struttura, microstruttura e prestazione del materiale, sottolineando quindi le potenzialità di progettazione con materiali tradizionali ed innovativi attraverso un controllo delle loro caratteristiche microstrutturali. La trattazione è pertanto finalizzata alla comprensione di come le proprietà di un materiale possano significativamente condizionare la fase di scelta, nell'ambito del processo progettuale di un sistema complesso. Accanto agli approfondimenti teorici, si dedica spazio ad esempi illustrativi che consentano allo studente di riflettere su come tali proprietà costituiscano una informazione indispensabile per l'adozione di una corretta procedura di selezione e progettazione, anche in considerazione delle modalità disponibili per la loro modifica: particolare enfasi è quindi posta sui concetti tipici della tecnologia dei materiali, di spiccata utilità ingegneristica, mantenendo un legame logico ed esplicativo con gli aspetti di base della scienza dei materiali.
Materials play a crucial role in engineering design and the module on Materials Science and Technology is aimed to supply the student with an engineering background on materials, emphasizing the relationships among materials structure, microstructure and performances and, as a consequence, the potentialities of engineering design able to exploit traditional and innovative materials through the tailoring of their microstructure. A deep understanding of the property-limited selection and design is therefore the main objective of this course. Near the analysis of the science that lies behind, some specific case studies will be exploited to allow the student to understand how properties can affect materials selection and processing. In this way, science-led and design-led approaches to materials teaching will be synergically combined to offer the information that will be needed to achieve a deep knowledge and to enable successful material selection.
L'insegnamento si propone l'obiettivo generale di fornire allo studente una formazione di base sui materiali capace di coniugare sinergicamente aspetti scientifici ad aspetti tecnologici, fornendo linee-guida per la traduzione di conoscenze di base in strumenti sfruttabili nella progettazione. Quindi al termine dell'insegnamento si chiederà allo studente di:
- conoscere la dipendenza delle proprietà macroscopiche dei materiali da aspetti di livello atomico e microstrutturale ;
- conoscere come applicare queste conoscenze di base alla verifica delle proprietà del materiale, al fine di ottimizzarlo per la specifica applicazione;
- avere consapevolezza dell'importanza della selezione dei materiali in modo che essi rispondano adeguatamente ai requisiti di progetto;
- conoscere la terminologia internazionale, in particolare quella inglese.
The main aim is to supply the student with a robust background on materials, able to couple scientific and technological knowledge in a synergic way, providing general guidelines for translating scientific knowledge into technological tools for engineering design.
The student should then:
- know the chemical and atomic nature of the materials and the strong dependence of the macroscopic features and properties from it;
- know how to exploit this scientific background in controlling the material properties up to the tailoring of material features for a specific application;
- be conscious of the role of material selection in matching design requirements;
- know a basic English vocabulary on Materials Science and Technology.
Lo studente deve possedere una cultura scientifica solida, con particolare riferimento a conoscenze di base nel settore della Chimica e della Fisica.
The student is required to have a robust, basic knowledge on Chemistry and Physics.
Gli insegnamenti di Scienza e Tecnologia dei Materiali presentano contenuti comuni alla formazione dell'Ingegnere, riassumibili nei punti seguenti: Legame chimico e influenza sulle proprietà dei materiali. Struttura dei materiali cristallini e amorfi. Difetti reticolari. Correlazione struttura-comportamento elastico dei materiali. Correlazione struttura-comportamento plastico dei materiali. Caratterizzazione meccanica dei materiali. Correlazione struttura-altre proprietà dei materiali (chimiche, fisiche). Modificazione delle proprietà dei materiali: costituenti microstrutturali dei materiali (soluzioni solide, fasi intermedie,...), trasformazioni di stato e relativi diagrammi (fusione/solidificazione, rafforzamento per precipitazione), fondamenti dei trattamenti termici, evoluzione microstrutturale e conseguenze sulle proprietà. Generalità sulle principali classi di materiali di interesse ingegneristici (metallici, ceramici, polimerici), con esempi specifici sui principali materiali di interesse. I leganti aerei: gesso e calce e relative applicazioni in edilizia. Introduzione al cemento e descrizione della norma UNI-EN 197-1. Il clinker di Portland: fabbricazione e costituenti mineralogici. Idratazione del cemento e prodotti di idratazione. Introduzione allo sviluppo delle caratteristiche meccaniche. Componenti (aggregati, additivi) e proprietà dei calcestruzzi (lavorabilità, rapporto acqua-cemento, stagionatura). Introduzione al degrado nel calcestruzzo: cause chimiche, fisiche e meccaniche. Il legno e i materiali compositi artificiali.
The main content of a Materials Science and Technology course for Engineers can be summarised as follows:
Chemical bond and its influence on the properties of materials. Structure of crystalline and amorphous materials. Crystal defects. Relationship between material structure and elastic behaviour. Relationship between material structure and plastic behaviour. Relationships between material structure and other properties (chemical, physical). Modification of the material properties: microstructural constituents (solid solutions, intermediate phases,...), phase diagrams and transformations (melting/solidification, precipitation hardening), basic knowledge on thermal treatments, microstructural evolution and effect on properties. General discussion of the principal classes of the engineering materials (metals, ceramics, polymers), with specific examples on the most interesting materials.
The aerial binders: gypsum and lime, with specific applications. Introduction to cement and description of UNI-EN 197-1 standard. The Portland clinker: preparation and mineralogic constituents. Hydration of cement and hydration products. Introduction to the development of mechanical properties. Components (aggregates, additives) and properties of concrete (workability, water-to-cement ratio, curing). Introduction to the concrete degradation: chemical, physical and mechanical actions. Wood and composites.
Una parte dell'insegnamento (12 h) sarà dedicato ad esercitazioni in aula, in cui verranno svolti esercizi relativi ad una parte degli argomenti trattati nelle ore di lezione.
A part of the course (12 h) will be dedicated to exercises in classroom, with calculations relative to a part of the topics treated during the course.
William Callister, Materiali per l'Ingegneria Civile ed Industriale, Edises oppure Donald Askeland, Scienza e Tecnologia dei Materiali, Città Studi edizioni.
Luca Bertolini, Materiali da Costruzione, primo volume, CittàStudi edizioni.
Mario Collepardi, il nuovo calcestruzzo, Tintoretto editore.
Mario Collepardi, Dizionario Enciclopedico del Calcestruzzo, Tintoretto editore.
Saranno messi a disposizione dal docente sul portale della didattica i lucidi proiettati a lezione.
Callister, Science and Engineering of Materials
or
Askeland, Science and Technology of Materials
or any book of Materials Science and Technology.
H. Zhang, Building Materials in Civil Engineering, Woodhead Publishing
The slides shown during the course will be made available to the students.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula);
Exam: Written test;
...
La prova scritta consisterà in:
- una prima prova di 8-10 domande vero/falso su argomenti fondamentali, di breve durata (10-15 minuti). La prova si intende superata se lo studente fa non più di due errori. Se lo studente supera la prima prova accede alla seconda. Il risultato di questa prova non contribuisce alla valutazione finale.
- una seconda prova scritta di 10 tra domande aperte ed esercizi (tipicamente 8 domande e 2 esercizi, durata 1h30min). Le risposte alle domande saranno valutate a seconda della loro pertinenza, completezza e accuratezza, per dare la valutazione finale.
Un facsimile della prova d’esame viene reso disponibile e commentato dal docente in aula.
L'esame ha l'obiettivo di verificare il grado di preparazione dello studente in merito a:
- la relazione tra proprietà macroscopiche dei materiali e la microstruttura;
- le modalità di valutazione delle proprietà dei materiali;
- le proprietà e le possibili applicazioni delle principali classi dei materiali;
- i fenomeni fisico-chimici alla base del comportamento dei materiali.
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: Written test;
The written test will consist in a first test of 8-10 questions of the true/false type on fundamental subjects (10-15 minutes), followed by a written test with 10 open questions or exercises (duration 1h30min).
In the first test there will be a maximum number of errors acceptable for passing the test, while the second part will be evaluated concerning the relevance, completeness and precision of the answer, in order to provide the final score.
An example of the test will be made available and commented during the course.
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.
Modalità di esame: Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;
La prova scritta consisterà in 10 domande aperte ed esercizi (tipicamente 8 domande e 2 esercizi; durata 1h30). Le risposte alle domande saranno valutate a seconda della loro pertinenza, completezza e accuratezza, per dare la valutazione finale.
Un facsimile della prova d’esame verrà reso disponibile e commentato dal docente in aula durante le ore di esercitazione.
L'esame ha l'obiettivo di verificare il grado di preparazione dello studente in merito a:
- la relazione tra proprietà macroscopiche dei materiali e la microstruttura;
- le modalità di valutazione delle proprietà dei materiali;
- le proprietà e le possibili applicazioni delle principali classi dei materiali;
- i fenomeni fisico-chimici alla base del comportamento dei materiali.
Exam: Computer-based written test using the PoliTo platform;
The written test will consist in a series of 10 open questions and exercises (typically, 8 questions and 2 exercises; duration 1h30).
An example of the exam will be available to students and commented during the course.
The relevance, completeness and precision of the answers will contribute to the final score.
The exam has the objective to assess the preparation of the students with regards to:
- the relation between materials microstructure and macroscopic properties;
- the evaluation of materials mechanical properties;
- the properties and possible applications of the main materials classes;
- the physico-chemical phenomena that lead to the behaviour of the materials in use.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;
La prova scritta consisterà in 10 domande aperte ed esercizi (tipicamente 8 domande e 2 esercizi; durata 1h30). Le risposte alle domande saranno valutate a seconda della loro pertinenza, completezza e accuratezza, per dare la valutazione finale.
Un facsimile della prova d’esame verrà reso disponibile e commentato dal docente in aula durante le ore di esercitazione.
L'esame ha l'obiettivo di verificare il grado di preparazione dello studente in merito a:
- la relazione tra proprietà macroscopiche dei materiali e la microstruttura;
- le modalità di valutazione delle proprietà dei materiali;
- le proprietà e le possibili applicazioni delle principali classi dei materiali;
- i fenomeni fisico-chimici alla base del comportamento dei materiali.
Exam: Written test; Computer-based written test using the PoliTo platform;
The written test will consist in a series of 10 open questions and exercises (typically, 8 questions and 2 exercises; duration 1h30).
An example of the exam will be available to students and commented during the course.
The relevance, completeness and precision of the answers will contribute to the final score.
The exam has the objective to assess the preparation of the students with regards to:
- the relation between materials microstructure and macroscopic properties;
- the evaluation of materials mechanical properties;
- the properties and possible applications of the main materials classes;
- the physico-chemical phenomena that lead to the behaviour of the materials in use.