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: scelta e progettazione sono in ultima analisi condizionate dalle proprietà desiderate in opera, perciò vengono trattati in particolare i seguenti aspetti inerenti ai materiali metallici e le 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).

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, di trasformazione degli acciai e di altri materiali metallici.
Conoscenze specifiche concernenti le seguenti categorie di materiali: acciai saldabili ad alta resistenza, ghise, acciai inossidabili, acciai per utensili, leghe di alluminio, leghe di titanio, altri.

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

Programma (Prof. R. Doglione)
Richiami di metallurgia fisica e meccanica dei cristalli. Dislocazioni. Meccanismi di rafforzamento per soluzione solida, incrudimento, bordo di grano, precipitazione e trasformazione martensitica.
Fisica e termodinamica della solidificazione. Solidificazione dendritica.
Cenni sulle tecnologie di colata in fonderia. Confronto delle caratteristiche ingegneristiche di pezzi prodotti con le diverse tecnologie.
Fonderia delle leghe leggere: microstruttura e difetti. Comportamento meccanico in regime elastico e plastico, meccanismi di danno microstrutturale, frattura e fatica. Valori e dispersione statistica delle caratteristiche meccaniche dei getti. 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.
Leghe di magnesio da fonderia. Tipi, tecnologie di produzione, caratteristiche meccaniche, resistenza alla corrosione, applicazioni specifiche. Nuove leghe di magnesio.
Panoramica sui materiali cellulari. Analisi della mesostruttura, caratteristiche meccaniche e fisiche, applicazioni. Schiume metalliche a celle aperte e chiuse. Comportamento elastico e plastico a compressione, effetto della densità. Modelli di comportamento meccanico. Leggi di scala delle proprietà meccaniche. Assorbimento di energia durante l'urto.
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.
Acciai per ruote dentate. Sollecitazioni e fenomeni di degrado delle ruote dentate. Scelta degli acciai in base al tipo di applicazione: acciai da bonifica, da tempra superficiale, da cementazione e da nitrurazione.


Programma (Prof. P. Matteis)
Introduzione e caratteristiche generali dei materiali metallici.
Proprietà termiche, elettriche e magnetiche dei materiali metallici; acciai per usi magnetici.
Tecnologie di produzione dell'acciaio: acciaieria elettrica, altoforno, convertitore.
Fasi e trasformazioni allo stato solido negli acciai: il diagramma di stato ferro-carbonio; trasformazioni dell'austenite in ferrite, perlite, martensite e bainite; acciai perlitici; effetti degli elementi di lega.
Acciai a basso tenore di carbonio: prodotti laminati a caldo o a freddo; ricottura a lotti o continua; invecchiamento; inbutibilità; acciai interstitial free, acciai bake hardening; acciai HSLA, acciai DP, acciai TRIP, acciai martensitici.
Bonifica, acciai da bonifica, aspetti termofisici, temprabilità; rinvenimento.
Trattamenti termici e termochimici superficiali degli acciai
Acciai a medio tenore di carbonio microlegati e/o bainitici.
Acciai per utensili: ruolo dei carburi di elementi di lega; 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.
La saldatura e la saldabilità degli acciai. Tecnologie di saldatura.
Ghise: colabilità, effetti degli elementi di lega, classificazione. Ghise bianche. Ghise malleabili (cenni). 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.

Introduzione al corso.
Caratteristiche dei materiali metallici.
Materie prime. Processi per materiali ferrosi.
Proprietà magnetiche dei metalli.
Acciai magnetici. Principi energetici concernenti i legami chimici. Principi energetici concernenti i materiali metallici.
Processi di produzione dei materiali metallici.
Trattamenti di fonderia. Materiali e rivestimenti per stampi nell’industria meccanica.
Il diagramma di stato ferro-carbonio.
Fenomeni connessi alla solidificazione.
Altoforno, ghisa d'altoforno. Convertitori.
Effetto dell'azoto sugli acciai. Invecchiamento. Decapaggio e laminazione. La laminazione controllata.
Infragilimento da idrogeno. Acciai a lavorabilità migliorata. Colata continua.
Ricottura statica ed in continuo. Caratteristiche degli acciai da profondo stampaggio
Acciai HSLA. Acciai innovativi a basso tenore di carbonio.
Acciai Dual Phase, TRIP e TWIP.
Acciai inossidabili.
Acciai rapidi e per lavorazioni a caldo.
Ghise.
Fenomeni di indurimento secondario.
Leghe di alluminio.
Leghe di alluminio da getto.
Saldabilità dei materiali metallici.
Cenni sulle leghe di rame, bronzi ed ottoni.
Cenni sulla diffrattometria di RX.

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

Testi richiesti o raccomandati: letture, dispense, altro materiale didattico (Prof. R. Doglione)
I seguenti testi sono consigliati per consultazione:
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
L. J. Gibson, M. F. Ashby: "Cellular solids", Cambridge University Press, 1999
M. F. Ashby e altri: "Metal foams. A design guide", Butterworth-Heinemann, 2000
A lezione sarà distribuito materiale cartaceo di supporto e saranno pubblicate sul portale della didattica dispense su capitoli specifici dell’insegnamento.



Testi richiesti o raccomandati: letture, dispense, altro materiale didattico (Prof. P. Matteis)
I seguenti testi sono consigliati per consultazione:
W. Nicodemi, "Metallurgia - Principi generali", Zanichelli
W. Nicodemi, "Acciai e leghe non ferrose", Zanichelli
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
H. Bhadeshia ed H. Honeycombe, "Steels: Microstructure and Properties", Butterworth-Heinemann

Criteri, regole e procedure per l'esame (Prof. R. Doglione)
Esame scritto di durata di due ore, è costituito da 4-5 domande aperte, ciascuna valutata da 4 a 8 punti secondo la difficoltà.
Durante l'esame non possono essere usati testi, dispense, formulari, appunti e dispositivi elettronici di nessun tipo.

Criteri, regole e procedure per l'esame (Prof. P. Matteis)
Esame scritto di durata 1 ora, costituito da 10 domande brevi, valutate fino a 2 punti ciascuna, ed un tema, valutato fino a 10 punti.
Durante l'esame non possono essere usati testi, dispense, formulari, appunti e dispositivi elettronici.