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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.