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. Poichè 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).

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 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) 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. Metallurgia delle polveri: produzione e caratteristiche delle polveri; metodi di pressatura; processi e fenomeni di sinterizzazione; proprietà finali ed applicazioni. Acciai a basso tenore di carbonio: prodotti laminati a caldo o a freddo; ricottura a lotti o continua; invecchiamento; imbutibilità; acciai interstitial free; acciai bake hardening; acciai HSLA; 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 funi e per rotaie. 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. 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. 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. Esercitazioni di laboratorio: metallografia ottica e prove di trazione, resilienza, durezza e microdurezza.

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

Testi consigliati e bibliografia (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 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

Modalità di esame: Prova scritta (in aula);

Exam: Written test;

... 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. L'esame è rivolto ad accertare la conoscenza e comprensione di tutti gli argomenti trattati nel corso e delle loro interrelazioni. Durante l'esame non possono essere usati testi, dispense, formulari, appunti e dispositivi elettronici.

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.