L’insegnamento 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.

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. Considerando il profilo internazionale dell’ingegnere meccanico e la necessità di fare riferimento agli standard normativi internazionali, si richiede la conoscenza della terminologia internazionale e in particolare di quella inglese. Al termine dell’insegnamento si chiederà allo studente di • Conoscere e comprendere la classificazione dei materiali in base ai loro legami chimici, l’influenza della tipologia di legame sulle proprietà, la struttura dei materiali cristallini e amorfi e i difetti reticolari. • Conoscere e comprendere le proprietà meccaniche, le proprietà termiche e ottiche dei materiali e la correlazione con la loro struttura. • Conoscere e comprendere i costituenti microstrutturali dei materiali (soluzioni solide, fasi intermedie), i diagrammi di stato e trasformazioni (fusione/solidificazione, rafforzamento per precipitazione), l’evoluzione microstrutturale e le sue conseguenze sulle proprietà, nonché la possibilità di utilizzo di questi strumenti per modificare le proprietà dei materiali. • Conoscere e comprendere le principali classi di materiali non metallici di interesse ingegneristico: ceramici, polimeri, vetri e compositi (principali proprietà e applicazioni) • Applicare le conoscenze acquisite sulla struttura e sulle proprietà dei materiali per risolvere esercizi pratici relativi a proprietà cristallografiche, meccaniche e termiche. • Applicare le conoscenze acquisite sulla microstruttura dei materiali, sui diagrammi di stato e sulle trasformazioni da essi descritte per risolvere esercizi pratici di definizione delle fasi, delle loro composizioni, quantità relative e delle microstrutture su diagrammi di stato reali e schematizzati.

Lo studente deve possedere una cultura scientifica solida, con particolare riferimento a conoscenze di base nel settore della Chimica (struttura atomica, legame chimico, termodinamica, struttura e proprietà dei solidi), Fisica (trasformazioni termodinamiche, calorimetria), e Fondamenti di Meccanica Strutturale (nozioni di statica, concetti di stato di tensione di deformazione, concetti di base relativi alle caratteristiche meccaniche statiche dei materiali di interesse ingegneristico, cenni agli aspetti meccanici del comportamento fragile e duttile).

Il modulo di Scienza e Tecnologia dei Materiali presenta contenuti indispensabili alla formazione dell'Ingegnere, riassumibili nei punti seguenti: • Classificazione dei materiali in base ai loro legami chimici e influenza della tipologia di legame sulle proprietà • Struttura dei materiali cristallini e amorfi; difetti reticolari. • Proprietà meccaniche dei materiali: correlazione struttura-comportamento elastico dei materiali e correlazione struttura-comportamento plastico dei materiali. • Proprietà termiche e ottiche dei materiali: correlazione con la loro struttura. • Costituenti microstrutturali dei materiali (soluzioni solide, fasi intermedie), diagrammi di stato e trasformazioni (fusione/solidificazione, rafforzamento per precipitazione), evoluzione microstrutturale e conseguenze sulle proprietà. Possibilità di utilizzo di questi strumenti per modificare le proprietà dei materiali. • Principali classi di materiali non metallici di interesse ingegneristico: ceramici, polimeri, vetri e compositi. Per ogni classe di materiali verranno illustrate le principali proprietà e applicazioni. Per ciascuna sarà illustrato almeno un esempio relativo all’applicazione del materiale nel settore specifico dell’ingegneria meccanica.

42.5 ore di lezione in aula, mirate allo sviluppo di conoscenze relative alle tipologie di materiali, ai loro legami chimici, alla loro struttura e microstruttura, alle loro proprietà e alle strategie tecnologiche per la produzione di materiali e per la modulazione delle loro proprietà (come descritto in dettaglio nel programma). 6 ore di esercitazione in aula mirate a stimolare l’abilità di applicare le conoscenze acquisite nella risoluzione di problemi pratici. Saranno affrontati esercizi numerici su proprietà cristallografiche, meccaniche, termiche e sui diagrammi di stato. Saranno inoltre presentati esempi applicativi dei materiali nel settore dell’ingegneria meccanica. Le esercitazioni intendono costituire per gli allievi un momento di revisione dei concetti appresi, mediante esempi applicativi ed esercizi di calcolo. 1.5 ore di laboratorio. I laboratori offriranno agli studenti una panoramica sulla determinazione sperimentale delle principali proprietà meccaniche discusse a lezione.

Per il modulo di Scienza e Tecnologia dei Materiali, sono elencati alcuni libri di riferimento. Il docente indicherà di volta in volta l'opportuna bibliografia. W. D. Callister, Materials Science and Engineering an Introduction, Wiley&Sons M. Ashby, H. Shercliff, D. Cebon, 'Materiali. Dalla scienza alla progettazione ingegneristici' Casa Editrice Ambrosiana (2009) W.F. Smith, 'Scienza e Tecnologia dei Materiali' McGraw-Hill (2004) J.F. Shackelford 'Scienza e Ingegneria dei Materiali', Pearson-Paravia (2009).

Slides; Video lezioni tratte da anni precedenti;

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova scritta in aula tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;

Exam: Written test; Computer-based written test in class using POLITO platform;

... Per quel che concerne i contenuti del modulo di Scienza e Tecnologia dei Materiali, essi saranno verificati con una prova scritta della durata di circa 1 ora caratterizzata da, indicativamente, 2 domande sui diagrammi di stato (1 di calcolo da 3 punti ed una di teoria da 2.5 punti), 4 domande aperte (ognuna da 3 punti), 7 quiz multi-scelta (4 quiz da 1.5 punti e 3 quiz da 1 punto; alle rispose errate dei quiz è applicata una penalità proporzionale alla difficoltà del quiz) e 3 esercizi di calcolo (due da 1.5 punti ed uno da 2.5 punti) su tutti gli argomenti trattati durante l’insegnamento (compresa la conoscenza della terminologia internazionale). Gli argomenti sono dettagliati nella sezione Programma e possono essere riassunti come: • Classificazione dei materiali in base ai loro legami chimici • Struttura dei materiali cristallini e amorfi; difetti reticolari. • Proprietà meccaniche dei materiali • Proprietà termiche e ottiche dei materiali • Costituenti microstrutturali dei materiali e diagrammi di stato e trasformazioni • Principali classi di materiali non metallici di interesse ingegneristico Nella prova d’esame non è consentito l’uso di materiale didattico. A tutti gli studenti è data facoltà di incontrare i docenti per commenti sulla valutazione dell’esame. Il voto finale dell’esame sarà basato sulla media delle votazioni ottenute nelle prove dei due moduli arrotondato per eccesso. Per superare l’esame occorre aver ottenuto un voto sufficiente in entrambi i moduli.

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.