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.

Introduzione al corso.
Le caratteristiche dei materiali metallici. Conducibilità termica ed elettrica ed applicazioni.
La saldabilità dei materiali metallici: criteri. Problemi inerenti la saldatura: cause e rimedi. Solidificazione e riflessi sulla saldatura. Infragilimento: effetti dell'idrogeno e dello zolfo, acciai automatici. Trattamenti e metodi di controllo post-saldatura.
Le strutture cristallografiche del ferro, il diagramma di stato ferro-carbonio, le trasformazioni di fase ricostruttive e displasive, le trasformazioni dell'austenite in ferrite e perlite. Gli acciai perlitici per funi. La martensite e la trasformazione martensitica. I diagrammi TTT. La bainite. Metallografia di ferrite, perlite, martensite e bainite. I diagrammi CCT. Effetti degli elementi di lega sulle trasformazioni di fase negli acciai.
Cicli di lavorazione e trattamenti termici massivi. La ricottura e la normalizzazione. La bonifica. La tempra e la temprabilità. Tensioni di tempra. Il rinvenimento. La tempra intercritica. Acciai per bonifica ed acciai dual-phase.
Caratteristiche generali degli acciai per utensili. Gli acciai rapidi. Gli acciai per lavorazioni a freddo ed a caldo.
Le proprietà magnetiche dei materiali metallici. Acciai per lamierini per trasformatori.
Elementi di termodinamica. Il potenziale di Gibbs. Il diagramnma ferro carbonio in chiave termodinamica.
Cenni di siderurgia e produzione degli acciai
Richiami di corrosione. Introduzione agli acciai inossidabili: effetti di cromo e nichel. Caratteristiche degli acciai inossidabili austenitici, ferritici e martensitici; cenni agli acciai inossidabili indurenti per precipitazione e duplex.
Leghe di titanio: forme cristallografiche del Ti, effetti degli elementi di lega, microstrutture, leghe alfa, leghe alfa-beta e leghe beta.
Ghise: colabilità, effetti degli elementi di lega, classificazione. Ghise bianche. Ghise malleabili (cenni). Ghise grigie lamellari. Ghise sferoidali e vermicolari. Ghise sferoidali austemperate (cenni). Metallografia ed esempi.
Leghe di alluminio: fabbricazione, rafforzamento per precipitazione. Leghe per deformazione plastica e leghe per fonderia. Affinamento e modifica.
Il rame e le sue leghe: proprietà, rame commercialmente puro, ottoni, bronzi, leghe rame-berillio.

Panoramica ed applicazioni dei metalli leggeri nella meccanica e nell'industria dei trasporti
Calcoli strutturali di alleggerimento di componenti meccanici in base al tipo di materiale scelto
Fisica e termidinamica della solifificazione. 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, plastico e a fatica, meccanismi di danno microstrutturale e frattura.
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. Nuove leghe di alluminio.
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, tipi di materiali, caratteristiche meccaniche e fisiche, applicazioni.
Tecnologie di produzione di materiali cellulari.
Schiume di alluminio a celle aperte e chiuse. Comportamente elastico e plastico a compressione e trazione. Effetto della densità. Modelli matematici di comportamento meccanico. Leggi di scala delle proprietà meccaniche. Comportamento a flessione di pannelli in schiume metalliche.
Assorbimento di energia durante l'urto di schiume metalliche in componenti strutturali aventi funzione di dissipatori. Influenza della densità e della velocità di deformazione. Calcoli per la scelta della schiuma con le caratteristiche adatte per l'applicazione strutturale.

Oltre alle lezioni in aula, sono previste due esercitazioni in aula con calcoli di alleggerimento strutturale di componenti fabbricati in acciaio o in metalli leggeri o schiume metalliche.

L'apprendimento è basato principalmente sulle dispense distribuite dal docente (per alcune parti) e sugli appunti delle lezioni. I seguenti testi sono consigliati per consultazione:

W. Nicodemi, "Metallurgia - Principi generali", Zanichelli
W. Nicodemi, "Acciai e leghe non ferrose", Zanichelli
H. Bhadeshia ed H. Honeycombe, Steels: "Microstructure and Properties", Butterworth-Heinemann
(http://site.ebrary.com.ezproxy.biblio.polito.it/lib/polito/docDetail.action?docID=10138734)
F.C. Campbell, "Elements of Metallurgy and Engineering Alloys", ASM International
(http://site.ebrary.com.ezproxy.biblio.polito.it/lib/polito/docDetail.action?docID=10320347)
G. Krauss, "Steels, Processing, Structure, and Performance", ASM International
(http://site.ebrary.com.ezproxy.biblio.polito.it/lib/polito/docDetail.action?docID=10320338)

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

1. ASM Metals Handbook vol.2 decima ed.: "Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Special-Purpose Materials", 1992
2. ASM Metals Handbook vol.15 decima ed.:"Casting", 1998
3. Jan Polmear : "Light Alloys", Butterworth-Heinemann, 2006
4. H. E. Friedrich, B. L. Mordike: "Magnesium Technology", Springer, 2006
5. L. J. Gibson, M. F. Ashby: "Cellular solids", Cambridge University Press, 1999
6. M. F. Ashby e altri: "Metal foams. A design guide", Butterworth-Heinemann, 2000

L'esame è solo scritto ed è costituito da 15 domande aperte a risposta breve. Non è consentito rifiutare il voto.

L'esame sarà svolto solo in forma scritta. Si dovrà rispondere a quattro domande aperte. Il tempo di svolgimento è nella misura di due ore. Ciascuna domanda, secondo le difficoltà della risposta e l'importanza del soggetto della stessa, avrà punteggi che variano da 5 a 9. L'assortimento delle domande fa sì che siano presenti tutti e quattro i principali filoni tematici del corso.La somma dei punteggi di tutte le domande è 28. Conseguire un voto di 28/30 significa rispondere correttamente ed in modo esauriente alle domande, senza particolari approfondimenti. Se invece la qualità delle risposte eccede le caratteristiche richieste per conseguire 28 punti, se ne terrà conto e si raggiungeranno votazioni superiori, fino a 30/30 e lode.