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. Vengono inoltre descritte le principali caratteristiche dei combustibili solidi, liquidi e gassosi ed i parametri utili per una valutazione delle loro prestazioni, gli inquinanti derivanti dai processi di combustione, nonché i principali dispositivi/strategie anti-inquinamento dei veicoli a benzina ed a gasolio.
Particolare attenzione è rivolta ai materiali metallici fondamentali nella professione dell’ingegnere meccanico, la cui illustrazione impegnerà gli studenti per circa metà dell’insegnamento: verranno trattati gli acciai comuni e legati, le ghise e le procedure per risalire alle loro microstrutture e proprietà anche in relazione ai trattamenti termici massivi e superficiali ai quali questi possono essere assoggettati. I trattamenti di tempra ed invecchiamento delle leghe di Al e Mg sia per deformazione plastica, sia per fonderia verranno descritti e spiegati. Cenni sulle necessità anticorrosione condurranno alla trattazione degli acciai inossidabili e delle leghe di Cu.

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.
Quindi al termine dell'insegnamento si chiederà allo studente di:
- conoscere la dipendenza delle proprietà macroscopiche dei materiali da aspetti di livello atomico e microstrutturale ;
- conoscere la possibilità di applicare queste conoscenze di base al controllo delle proprietà del materiale, per rendere più adatte alla specifica applicazione;
- avere consapevolezza dell'importanza della selezione dei materiali in modo che essi rispondano adeguatamente ai requisiti di progetto;
- conoscere la terminologia internazionale, in particolare quella inglese per poter interpretare gli standard normativi
- Saper confrontare e valutare le prestazioni di combustibili liquidi e gassosi di uso comune
- Conoscere il principio di funzionamento dei dispositivi anti-inquinamento attualmente in uso su veicoli a benzina ed a gasolio
- conoscenza ed interpretazione del diagramma di stato Fe-C stabile e metastabile;
- conoscenza dei trattamenti termici e termochimici e previsione delle caratteristiche meccaniche degli acciai dopo trattamento;
- abilità di confronto fra le prestazioni di acciai, ghise, leghe di Al, Mg, Cu, anche dopo trattamento termico;
- conoscenza di base della corrosione e delle leghe resistenti ad essa;
- conoscenza dei metodi di analisi della microstruttura delle leghe metalliche e delle prove meccaniche sui materiali;

Lo studente deve possedere una cultura scientifica solida, con particolare riferimento a conoscenze di base nel settore della Chimica, Fisica, Analisi matematica e Fondamenti di Meccanica Strutturale.

Il modulo di Scienza e Tecnologia dei Materiali presenta contenuti indispensabili alla formazione dell'Ingegnere, riassumibili nei punti seguenti: Struttura dei materiali cristallini e amorfi; difetti reticolari. Correlazione struttura-comportamento elastico dei materiali. Correlazione struttura-comportamento plastico dei materiali. Correlazione struttura-altre proprietà dei materiali (termiche, elettriche). Modificazione delle proprietà dei materiali: costituenti microstrutturali dei materiali (soluzioni solide, fasi intermedie), diagrammi di stato e trasformazioni (fusione/solidificazione, rafforzamento per precipitazione), evoluzione microstrutturale e conseguenze sulle proprietà. Generalità sulle principali classi di materiali non metallici di interesse ingegneristico (ceramici, polimerici, vetri, compositi). Cenni alle principali categorie e loro proprietà. Descrizione delle proprietà dei principali combustibili liquidi e gassosi (benzina, gasolio, metano, GPL) e delle loro proprietà (potere calorifico, temperatura ed aria di combustione, potenziale termico, volume e composizione dei fumi). Cenni sui combustibili solidi di interesse per i processi metallurgici (coke). Descrizione degli inquinanti derivanti dal processo di combustione e dei principali dispositivi/strategie anti-inquinamento attualmente utilizzati: sensore lambda, catalizzatori, filtri, EGR, combustibili alternativi.
Il modulo di Tecnologia dei Materiali Metallici si concentra sulle proprietà e i trattamenti termici e meccanici dei metalli, particolarmente importanti nell’industria meccanica in generale ed automobilistica in particolare. Attenzione particolare sarà dedicata ai meccanismi di rafforzamento per soluzione solida, per incrudimento, per bordo di grano e per precipitazione, ai diagrammi di stato interessanti le leghe ferrose e quelle a base di Al, Mg, Cu ed ai relativi trattamenti termici massivi e superficiali. Le proprietà e le caratteristiche di impiego di particolari acciai, delle ghise e delle leghe di Al e Mg per fonderia e per deformazione plastica verranno compiutamente illustrate. Cenni sulla corrosione delle leghe metalliche condurranno ad una analisi generale degli acciai inossidabili e delle leghe di Cu.

Le esercitazioni intendono costituire per gli allievi un momento di revisione dei concetti appresi mediante applicazioni ed esercizi di calcolo. I laboratori costituiscono un introduzione alla misura delle proprietà meccaniche ed alla comprensione delle strutture metallografiche.

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).
Per il modulo di Tecnologia dei Materiali Metallici si farà ampio riferimento a
A. Burdese, Manuale di Metallurgia e Tecnologia dei materiali metallici, Ed. UTET Torino
Su specifici argomenti i docenti forniranno opportune dispense,
Testi ausiliari: Qualsiasi testo di metallurgia generale e fisica

Per quel che concerne i contenuti del modulo di Scienza e Tecnologia dei Materiali, essi saranno verificati con una prova scritta con domande aperte, esercizi di calcolo ed, eventualmente, domande a riposta multipla, su tutti gli argomenti trattati durante l’insegnamento. Il tipo di prova scritta consta di 4-6 domande aperte. La durata dello scritto è di circa 2 ore. Non è possibile consultare testi/dispense/formulari durante la prova scritta.
Per quel che concerne i contenuti del modulo di Tecnologia dei Materiali Metallici l’esame è orale; esso potrà essere sostituito in tutto o in parte da una prova scritta con domande aperte o a risposta multipla su tutti gli argomenti trattati durante l’insegnamento.
Il voto finale dell’esame sarà dato dalla media aritmetica delle prove dei due moduli arrotondato per eccesso a 1/30. Per superare l’esame occorre aver ottenuto un voto sufficiente in entrambi i moduli.