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. Poiché 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 categorie di materiali metallici di maggiore rilievo impiegati per l'industria meccanica.

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

Programma (Prof. R. Doglione) Richiami di metallurgia fisica e di meccanica dei cristalli. Meccanica delle dislocazioni. Campi di tensione reticolari delle dislocazioni e loro interazione. Meccanismo di rafforzamento per soluzione solida, fenomeno dello snervamento, bande di Lȕders, effetto Portevin Le Chatelier. Rafforzamenti per incrudimento, bordo di grano, precipitazione e trasformazione martensitica. Esempi applicativi dei meccanismi di rafforzamento a leghe metalliche d'interesse tecnologico per la Meccanica. Aspetti fisico-meccanici delle trasformazioni di fase degli acciai: densità delle fasi di equilibrio e non, variazioni di volume specifico durante le trasformazioni di fase e tensioni residue indotte. Variazioni dimensionali e tensioni residue durante la trasformazione martensitica degli acciai. Effetto della percentuale di carbonio e degli elementi leganti. Temprabilità degli acciai. Rinvenimento degli acciai, trasformazioni di fase e variazione delle caratteristiche meccaniche. Acciai per ruote dentate: condizioni di esercizio, degrado strutturale e pitting. Progettazione delle ruote dentate secondo le norme ISO 6336: criteri di scelta degli acciai per la resistenza alla fatica a flessione ed alla fatica di contatto. Acciai da bonifica per ruote dentate, condizioni applicative specifiche, scelta e trattamento degli acciai. Acciai per tempra superficiale. Acciai da cementazione per resistere alla fatica di contatto. Trattamenti termici specifici: tempra diretta, tempra singola, tempra in due tempi, tempra sotto zero. Composizione chimica e scelta degli acciai: effetti sulle distorsioni, sulle tensioni residue, sull'austenite residua e sulla resistenza al pitting. Acciai da nitrurazione per ruote dentate: composizione, caratteristiche microstrutturali e meccaniche, applicazioni specifiche. Acciai per molle: resistenza statica e a fatica necessarie per le applicazioni. Fili di acciai non legato, patentato e trafilato a freddo, microstruttura, caratteristiche ed effetto del diametro sulle caratteristiche. Fili di acciaio non legato o legato bonificato, composizione chimica, trattamento termico, caratteristiche d'impiego. 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. Fisica e termodinamica della solidificazione. Solidificazione dendritica. Porosità e difetti di fonderia. Peculiarità delle caratteristiche meccaniche dei componenti ottenuti per colata. Comportamento meccanico in regime elastico e plastico, meccanismi di danno microstrutturale, frattura e fatica. Effetto di scala, applicazione della statistica di Weibull. Confronto delle caratteristiche ingegneristiche di pezzi prodotti con le diverse tecnologie di colata. 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 della Meccanica. Leghe di magnesio da fonderia. Tipi, tecnologie di produzione, caratteristiche meccaniche, resistenza alla corrosione, applicazioni specifiche. Nuove leghe di magnesio. Esercitazioni di laboratorio: si svolgeranno prove di trazione strumentate con la Correlazione d'Immagini Digitali (DIC), mostrando campi di deformazione plastica non omogenei in campo di stress rigorosamente monoassiale, considerando in particolare modo leghe caratterizzate da Effetto Portevin-Le Chatelier e sondando l'influenza delle variazioni repentine di velocità di deformazione. 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 (richiami): 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. Acciai a basso tenore di carbonio: prodotti laminati a caldo o a freddo; acciai HSLA; ricottura a lotti o continua; invecchiamento; imbutibilità; acciai bake hardening; acciai DP; acciai TRIP; acciai Q&P; 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 rotaie e per funi. Acciai per cuscinetti. Acciai per utensili: ruolo dei carburi; cicli di lavorazione e trattamento termico; classi principali (per stampi per lavorazioni a freddo, per stampi per lavorazioni a caldo, rapidi). Principi di corrosione. Acciai inossidabili austenitici, ferritici, martensitici 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 magnetiche dei materiali metallici; richiami di magnetismo e ferromagnetismo; acciai per applicazioni magnetiche. Ghise: colabilità, effetti degli elementi di lega, classificazione. Ghise bianche e malleabili. 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 (cenni). Esercitazioni di laboratorio: metallografia ottica ed elettronica; prove di microdurezza; prova Jominy; frattografia elettronica.

L'apprendimento è basato principalmente sulle dispense distribuite dal docente e sugli appunti delle lezioni.

Testi consigliati e bibliografia (Prof. R. Doglione) 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 Sarà distribuito materiale cartaceo di supporto oppure saranno pubblicate sul portale della didattica dispense sugli argomenti del corso. 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 Saranno inoltre distribuite dispense del docente sul portale della didattica

Dispense;

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;

... Criteri, regole e procedure per l'esame (Prof. R. Doglione) Prova scritta in aula di durata 2 ore, costituita da 3 domande aperte, ciascuna valutata fino a 10 punti. 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) Prova scritta in aula tramite PC, con l'utilizzo della piattaforma di ateneo, di durata 1 ora, costituita 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 la 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.