Obiettivi formativi
Obiettivo del corso è offrire una panoramica introduttiva all’Ingegneria dei Materiali, con particolare riferimento alle applicazioni, alle proprietà e alla lavorazione di materiali metallici, ceramici e compositi. Attraverso l’analisi di casi studio di ricerca ed esempi pratici di carattere industriale, il corso mira a fornire le basi dell’approccio ingegneristico alla Scienza dei Materiali.
Nello specifico, lo/a studente dovrà:
- Conoscere le principali caratteristiche e tecniche di lavorazione di leghe metalliche ferrose e non ferrose, con particolare riferimento alle loro applicazioni. Conoscere le proprietà, le strutture e le tecniche di lavorazione di materiali ceramici avanzati, materiali vetrosi e materiali compositi sia a matrice metallica che ceramica. Conoscere le principali tecniche di caratterizzazione meccanica dei materiali.
- Conoscere ed essere in grado di utilizzare un linguaggio tecnico appropriato alla materia, dimostrando così di aver appreso e di saper comunicare i concetti chiave del corso.
- Individuare possibili soluzioni pratiche a problemi di carattere ingegneristico applicati ai materiali, adottando le appropriate tecniche di processo o di caratterizzazione e dimostrando quindi di saper usare con competenza i concetti appresi.
Prerequisiti
Lo/la studente deve conoscere e saper utilizzare concetti base di Chimica, Fisica, Termodinamica e Scienza e Tecnologia dei Materiali (es.: struttura dell’atomo, legami chimici, elementi, composti, fasi e stabilità delle fasi, diagrammi di stato, strutture cristalline, ecc.)
Contenuti dell'insegnamento
Il corso offre una panoramica generale dell’Ingegneria dei Materiali. Partendo da concetti di base della Scienza e Tecnologia dei Materiali, il corso esplora le più diffuse tecniche di produzione e lavorazione di materiali metallici come acciai, ghise e leghe non ferrose. In particolare, saranno approfonditi i trattamenti termici e le lavorazioni secondarie in grado di modificare le proprietà dei materiali. Oltre alle applicazioni più convenzionali dei materiali metallici, verranno brevemente illustrate anche le proprietà di leghe innovative e tecniche avanzate, come la metallurgia delle polveri e l’additive manufacturing metallico. Inoltre, il corso mira a presentare esempi di materiali ceramici avanzati e di vetri per applicazioni non convenzionali di interesse ingegneristico, descrivendo le caratteristiche e le tecnologie di produzione delle diverse categorie di materiali. Infine, verranno descritte le più importanti proprietà meccaniche dei materiali e le tecniche più utilizzate per misurarle. Per sottolineare il tenore pratico del corso, in più momenti si faranno riferimenti ad esempi di realtà industriali, a casi studio di ricerca applicata e all’uso di modelli e simulazioni nell’ambito dell’Ingegneria dei Materiali.
Programma esteso
Introduzione all’ingegneria dei materiali: tecnologie, processi, ricerca accademica e industriale si sono sviluppate per trovare nuove soluzioni che permettessero “l’ingegnerizzazione” dei materiali, in modo da soddisfare le esigenze più svariate, sia per applicazioni di carattere generale che avanzate.
Materiali metallici: richiami di strutture cristalline metalliche, e principali proprietà dei metalli. Richiami su diagrammi di stato. Leghe ferrose: acciai e ghise. Trattamenti termici. Incrudimento per lavorazione meccanica. Affinamento del grano (eq. di Hall-Petch). Rafforzamento per precipitazione. Effetto dei diversi elementi di lega. Trattamenti superficiali (cementazione, nitrurazione). Saldatura. Acciai speciali. Nomenclatura degli acciai. Proprietà ed applicazioni della ghisa. Tecniche di lavorazione della ghisa. Leghe non ferrose (cenni su leghe di alluminio, bronzi, ottoni, leghe di titanio). Cenni di metallurgia delle polveri. Introduzione all’additive manufacturing metallico.
Materiali ceramici: Richiami di strutture cristalline, principali proprietà e tecnologie di processo dei materiali ceramici. Esempi di ceramici avanzati per applicazioni ingegneristiche (SiC, WC, TiC, BN, Si3N4, Al2O3, Sialon, PSZ, ZTA, diamante, piezoelettrici, rivestimenti ceramici anti-usura). Vetri (proprietà, applicazioni e tecnologie di produzione di vetri silicati, borosilicati, alluminosilicati). Vetri per applicazioni biomedicali (silicati, fosfati). Vetroceramici. Fibre ottiche.
Cenni su materiali compositi a matrice metallica e ceramica: tecnologie di produzione, proprietà ed applicazioni di materiali compositi.
Prove meccaniche: trazione, flessione, durezza, impatto, fatica, creep, misura del modulo elastico
Casi studio ed esempi pratici: uso di modelli e simulazioni nell'ingegneria dei materiali, attività di ricerca sperimentale in università e in azienda, l'industria dei materiali: esempi di realtà industriali e possibile visita didattica ad un impianto (da definire).
Bibliografia
Tutto il materiale didattico utilizzato durante le lezioni verrà messo a disposizione degli/delle studenti tramite la piattaforma Elly. Ulteriori approfondimenti riguardo i contenuti del corso si possono trovare sui seguenti testi:
- Ashby M.F., Shercliff H., Cebon D., Materials: Engineering, Science, Processing and Design, 4th ed., Elsevier, 2018
- Ashby M.F., Jones D.R.H., Engineering Materials 1. An Introduction to Properties, Applications and Design, 4th ed., Butterworth-Heinemann, 2012
- Ashby M.F., Jones D.R.H., Engineering Materials 2: An Introduction to Microstructures and Processing, 4th ed., Butterworth-Heinemann, 2013
- Askeland D.R., Wright W.J., The Science and Engineering of Materials, 7th ed. Cencage Learning, 2016
Metodi didattici
Verranno erogate lezioni frontali nelle quali verrà presentato il materiale del corso con il supporto di contenuti multimediali, approfondimenti e casi studio. Tutto il materiale verrà reso disponibile sulla piattaforma Elly.
Modalità verifica apprendimento
Esame orale in cui verrà richiesto di dimostrare la capacità di applicare correttamente i concetti appresi durante il corso.
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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