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Anno Accademico 2015/16
03GJLNE
Materiali per l'industria meccanica
Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Meccanica - Torino
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Tut Anni incarico
Doglione Roberto ORARIO RICEVIMENTO AC ING-IND/21 39 21 0 0 12
Matteis Paolo ORARIO RICEVIMENTO A2 ING-IND/21 40 20 0 0 10
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/21 6 C - Affini o integrative A11
Presentazione
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: scelta e progettazione sono in ultima analisi condizionate dalle proprietà desiderate in opera, perciò vengono trattati in particolare i seguenti aspetti inerenti ai materiali metallici e le 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).
Risultati di apprendimento attesi
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, 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.
Prerequisiti / Conoscenze pregresse
Conoscenze di base di fisica, chimica, meccanica strutturale, scienza e tecnologia dei materiali metallici.
Programma
Programma (Prof. R. Doglione)
Panoramica ed applicazioni dei metalli leggeri nella meccanica e nell'industria dei trasporti
Calcoli strutturali di alleggerimento di componenti meccanici in base al tipo di materiale scelto
Fisica e termidinamica della solifificazione. 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 e frattura.
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. Nuove leghe di alluminio.
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, tipi di materiali, caratteristiche meccaniche e fisiche, applicazioni.
Tecnologie di produzione di materiali cellulari.
Schiume di alluminio a celle aperte e chiuse. Comportamento elastico e plastico a compressione e trazione. Effetto della densità. Modelli matematici di comportamento meccanico. Leggi di scala delle proprietà meccaniche. Comportamento a flessione di pannelli in schiume metalliche.
Assorbimento di energia durante l'urto di schiume metalliche. Applicazione in componenti strutturali aventi funzione di dissipatori di energia di urto. Influenza della densità e della velocità di deformazione. Calcoli per la scelta della schiuma con le caratteristiche adatte per l'applicazione strutturale.

Programma (Prof. P. Matteis)
Introduzione e caratteristiche generali dei materiali metallici.
Cenni di termodinamica dei sistemi metallurgici, principi energetici nei processi metallurgici (entalpia, entropia), costruzione del diagramma di stato Fe-C in base ai principi termodinamici.
Proprietà termiche, elettriche e magnetiche dei materiali metallici; acciai per usi magnetici.
Tecnologie di produzione dell'acciaio: acciaieria elettrica, altoforno, convertitore.
Fasi e trasformazioni allo stato solido negli acciai: il diagramma di stato ferro-carbonio; trasformazioni dell'austenite in ferrite, perlite, martensite e bainite; acciai perlitici; effetti degli elementi di lega; il rinvenimento della martensite.
Bonifica, acciai da bonifica, aspetti termofisici, temprabilità.
Trattamenti termici e termochimici superficiali.
Acciai a basso tenore di carbonio: prodotti laminati a caldo o a freddo; ricottura a lotti o continua; invecchiamento; inbutibilità; acciai interstitial free, acciai bake hardening; acciai HSLA, acciai DP, acciai TRIP, acciai martensitici.
Acciai a medio tenore di carbonio microlegati e/o bainitici.
Meccanismi di frattura: aspetti macroscopici e microscopici. Frattografia e failure analisys.
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: ruolo degli elementi di lega, lavorazioni e trattamenti termici, proprietà.
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.
La saldatura e la saldabilità degli acciai; tecnologie di saldatura.
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.

Organizzazione dell'insegnamento
L'apprendimento è basato principalmente sulle dispense distribuite dal docente (per alcune parti) e sugli appunti delle lezioni.
Testi richiesti o raccomandati: letture, dispense, altro materiale didattico
Testi richiesti o raccomandati: letture, dispense, altro materiale didattico (Prof. R. Doglione)

L'apprendimento è basato principalmente sulle dispense distribuite dal docente (per alcune parti) e sugli appunti delle lezioni. Testi di consultazione:
1. ASM Metals Handbook vol.2 decima ed.: "Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Special-Purpose Materials", 1992
2. ASM Metals Handbook vol.15 decima ed.:"Casting", 1998
3. Jan Polmear : "Light Alloys", Butterworth-Heinemann, 2006
4. H. E. Friedrich, B. L. Mordike: "Magnesium Technology", Springer, 2006
5. L. J. Gibson, M. F. Ashby: "Cellular solids", Cambridge University Press, 1999
6. M. F. Ashby e altri: "Metal foams. A design guide", Butterworth-Heinemann, 2000


Testi richiesti o raccomandati: letture, dispense, altro materiale didattico (Prof. P. Matteis)

I seguenti testi sono consigliati per consultazione:
W. Nicodemi, "Metallurgia - Principi generali", Zanichelli
W. Nicodemi, "Acciai e leghe non ferrose", Zanichelli
H. Bhadeshia ed H. Honeycombe, Steels: "Microstructure and Properties", Butterworth-Heinemann
(http://site.ebrary.com.ezproxy.biblio.polito.it/lib/polito/docDetail.action?docID=10138734)
F.C. Campbell, "Elements of Metallurgy and Engineering Alloys", ASM International
(http://site.ebrary.com.ezproxy.biblio.polito.it/lib/polito/docDetail.action?docID=10320347)
G. Krauss, "Steels, Processing, Structure, and Performance", ASM International
(http://site.ebrary.com.ezproxy.biblio.polito.it/lib/polito/docDetail.action?docID=10320338)
Geerdes et al., "Modern blast furnace ironmaking", IOS Press
(http://site.ebrary.com.ezproxy.biblio.polito.it/lib/polito/reader.action?docID=10370422)
Morita et al., "An introduction to iron and steel processing" , Kawasaki steel
(http://www.jfe-21st-cf.or.jp/index2.html)

Criteri, regole e procedure per l'esame
Esame scritto, costituito da numerose domande aperte a risposta breve.
Orario delle lezioni
Statistiche superamento esami

Programma definitivo per l'A.A.2015/16
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