Scheda programma d'esame
MATERIALI
RENZO VALENTINI
Anno accademico2023/24
CdSTECNICHE PER LA MECCANICA E LA PRODUZIONE
Codice1170I
CFU6
PeriodoSecondo semestre
LinguaItaliano

ModuliSettore/iTipoOreDocente/i
MATERIALIING-IND/21LEZIONI48
GIUSEPPE MACORETTA unimap
RENZO VALENTINI unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Il corso di propone di far acquisire all’allievo competenze nei seguenti settori principali:

  • struttura dei principali materiali di interesse nell’ingegneria meccanica;
  • caratteristiche meccaniche , chimiche e fisiche delle principali categorie di materiali metallici, polimerici, ceramici e compositi;

Lo studente che completa con successo il corso sarà in grado di dimostrare una solida conoscenza delle principali problematiche legate all'impiego di materiali strutturali.

Nel corso acquisirà conoscenze sulla struttura e proprietà dei materiali metallici e non metallici per applicazioni strutturali e sarà in grado di selezionare il materiale più adatto per le applicazioni specificate.

Nella seconda parte il corso affronta lo studio della struttura e delle proprietà dei materiali metallici (acciai al carbonio e inossidabili, ghise, metalli leggeri, leghe di titanio, leghe di rame, superleghe), nonché i principali argomenti di metallurgia fisica, trasformazioni di fase e meccanismi di rottura dei metalli (meccanici e corrosivi). Infine, il corso si concentra sulla struttura e proprietà dei materiali polimerici, ceramici e compositi.

 

Alla fine del corso l’allievo deve aver acquisito le seguenti capacità operative:

  • Saper definire correttamente le caratteristiche meccaniche più importanti (Es. durezza, trazione, resilienza);
  • Saper classificare i materiali per caratteristiche in base alla famiglia di appartenenza;
  • Saper definire le principali correlazioni tra comportamento dei materiali e struttura degli stessi (Es. influenza delle dimensioni del grano nei metalli, della percentuale di cristallinità dei termoplastici);
  • Saper impostare correttamente delle scelte di massima dei materiali in base alle esigenze tecnico-economiche;
Knowledge

The course aims to enable the student to acquire skills in the following main sectors:

  •  structure of the main materials of interest in mechanical engineering;
  •  mechanical, chemical and physical characteristics of the main categories of metallic, polymeric, ceramic and composite materials;


The student who successfully completes the course will be able to demonstrate a solid knowledge of the main issues related to the use of structural materials.

During the course you will acquire knowledge on the structure and properties of metallic and non-metallic materials for structural applications and will be able to select the most suitable material for the specified applications.

In the second part the course deals with the study of the structure and properties of metallic materials (carbon and stainless steels, cast irons, light metals, titanium alloys, copper alloys, superalloys), as well as the main topics of physical metallurgy, phase transformations and metal failure mechanisms (mechanical and corrosive). Finally, the course focuses on the structure and properties of polymeric, ceramic and composite materials.

 

At the end of the course the student must have acquired the following operational skills:

  •  Knowing how to correctly define the most important mechanical characteristics (e.g. hardness, traction, resilience);
  •  Know how to classify materials by characteristics based on the family they belong to;
  •  Knowing how to define the main correlations between the behavior of materials and their structure (e.g. influence of the grain size in metals, the percentage of crystallinity of thermoplastics);
  •  Knowing how to correctly set general choices of materials based on technical-economic needs;
Modalità di verifica delle conoscenze

L’esame è costituito da un colloquio orale e/o una prova scritta a risposte multiple.

Assessment criteria of knowledge

The exam consists of an oral interview and/or a multiple choice written test.

Capacità
  • Conoscenza applicativa dei diagrammi di stato e delle curve di trasformazione delle leghe metalliche;
  • Saper definire le strutture di base dei materiali;
  • Saper correlare le proprietà meccaniche alle strutture dei materiali e ad i principali processi tecnologici (fusione, trattamento termico, deformazione plastica);
  • Saper orientare la scelta dei materiali di base in funzione delle principali variabili di impiego (fatica, corrosione, alta temperatura, bassa temperatura);
Skills
  • Knowledge of state diagrams and transformation curves of metallic alloys;
  • Knowledge of the basic structures of materials;
  • Ability to correlate the mechanical properties with the structures of the materials and the main technological processes (casting, heat treatment, plastic deformation);
  • Knowing how to orient the choice of basic materials according to the main variables of use (fatigue, corrosion, high temperature, low temperature);
Modalità di verifica delle capacità

L’esame è costituito da un colloquio orale e/o una prova scritta a risposte multiple.

Assessment criteria of skills

The exam consists of an oral interview and/or a multiple choice written test.

Comportamenti

Capacità di comprendere le proprietà richieste ad un materiale per un'applicazione reale e capacità di selezionare il materiale più idoneo al servizio.

Behaviors

Ability to understand the properties required of a material for a real application and ability to select the most suitable material for the service.

Modalità di verifica dei comportamenti

L’esame è costituito da un colloquio orale e/o una prova scritta

Assessment criteria of behaviors

The exam consists of an oral interview and/or a written test.

Prerequisiti (conoscenze iniziali)

Competenze di base di tipo chimico (simbologia, nomenclatura); Competenze di base di tipo matematico; Competenze di base di tipo fisico.

Prerequisites
  • Chemistry: basic skills (symbology, nomenclature);
  • Calculus: basic skils
  • Physics: basic of mechanics and thermodynamic
Indicazioni metodologiche
  • Lezioni in aula;
  • Esercitazioni  in laboratorio per prove meccaniche e microscopia;
Teaching methods

Classroom lessons;

Laboratory exercises for mechanical tests and microscopy;

Programma (contenuti dell'insegnamento)

STRUTTURA E IMPERFEZIONI NEI SOLIDI CRISTALLINI. Reticoli e strutture cristalline. Direzioni e piani cristallografici. Monocristalli e materiali policristallini. Imperfezioni nei cristalli. Meccanismi di diffusione. Tecniche di analisi: microscopia ottica ed elettronica.


PROPRIETA’ MECCANICHE DEI MATERIALI METALLICI. Concetto di sforzo e deformazione. Prove meccaniche di trazione e di durezza. Curva sforzo-deformazione. Deformazione plastica. Incrudimento e ricristallizzazione.


CEDIMENTO DEI MATERIALI. Frattura duttile e frattura fragile. Prova di resilienza. Frattura per fatica: curve di Wohler e fattori influenzanti il comportamento dei materiali. Comportamento ad alta temperatura. Aspetti ingegneristici della corrosione.


ACCIAI E GHISE. Diagramma di stato Fe-C. Influenza degli elementi di lega. Trasformazioni fuori equilibrio: diagrammi TTT e CCT. Trattamenti termici degli acciai: ricottura, normalizzazione, tempra. Cenni sugli acciai inossidabili. Principali classi di acciai e ghise e settori di impiego. Cenni sulla produzione dell’acciaio. Denominazione degli acciai.


MATERIALI METALLICI NON FERROSI. Cenni sulle Leghe di Alluminio e Titanio. Leghe per alte temperature. Caratteristiche meccaniche e principali applicazioni.


• CORROSIONE E PROTEZIONE. Cenni sui fenomeni corrosivi e sui sistemi di protezione delle principali leghe metalliche.


• MATERIALI POLIMERICI: Definizione di polimero. Strutture macromolecolari. Polimeri termoplastici, termoindurenti e gomme. Correlazioni proprietà-struttura dei vari tipi di polimero.


• CERAMICI E COMPOSITI. Le strutture dei materiali ceramici. Forme cristalline e non cristalline (vetri). Cenni sulle proprietà dei materiali compositi

 

Syllabus

• STRUCTURE AND IMPERFECTIONS IN CRYSTALLINE SOLIDS. Lattices and crystalline structures. Crystallographic directions and planes. Single crystals and polycrystalline materials. Imperfections in crystals. Diffusion mechanisms. Analysis techniques: optical and electronic microscopy.


• MECHANICAL PROPERTIES OF METALLIC MATERIALS. Concept of stress and deformation. Mechanical tensile and hardness tests. Stress-strain curve. Plastic deformation. Work hardening and recrystallization.


• FAILURE OF MATERIALS. Ductile fracture and brittle fracture. Resilience test. Fatigue fracture: Wohler curves and factors influencing the behavior of materials. High temperature behavior. Engineering aspects of corrosion.


• STEEL AND CAST IRON. Fe-C state diagram. Influence of alloying elements. Out-of-equilibrium transformations: TTT and CCT diagrams. Heat treatments of steels: annealing, normalization, hardening. Notes on stainless steels. Main classes of steels and cast irons and sectors of use. Notes on steel production. Conventional nomenclature of steels.


• NON-FERROUS METALLIC MATERIALS. Notes on Aluminum and Titanium Alloys. High temperature alloys. Mechanical characteristics and main applications.


• CORROSION AND PROTECTION. Notes on corrosive phenomena and protection systems of the main metal alloys.


• POLYMER MATERIALS: Definition of polymer. Macromolecular structures. Thermoplastic polymers, thermosets and rubbers. Property-structure correlations of the various types of polymer.


• CERAMIC AND COMPOSITES. The structures of ceramic materials. Crystalline and non-crystalline forms (glasses). Notes on the properties of composite materials

Bibliografia e materiale didattico

Testo consigliato: Appunti di scienza e tecnologia dei materiali per l'ingegneria,  Renzo Valentini, Massimo De Sanctis, Gianfranco Lovicu - Tipografia Editrice Pisana 2012

Materiale utile per approfondimento:

  •  Scienza ed ingeneria dei materiali - William D. Callister Jr, David G. Rethwisch, EdiSES 2019 o versioni precenti dello stesso - link alle risorse presenti presso la biblioteca di Ingegneria https://onesearch.unipi.it/permalink/f/1ue1t77/39sbart_almap7187219890003302
  • W,F.Smith – Scienza e Tecnologia dei Materiali, McGraw-Hill Libri Italia srl, 1995
Bibliography

Recommended text: Appunti di scienza e tecnologia dei materiali per l'ingegneria,  Renzo Valentini, Massimo De Sanctis, Gianfranco Lovicu - Tipografia Editrice Pisana 2012

Useful material for further study:

  •  Material science and engineering - William D. Callister Jr, David G. Rethwisch, EdiSES 2019 or previous versions - https://onesearch.unipi.it/permalink/f/1ue1t77/39sbart_almap7187219890003302
  • W,F.Smith – Scienza e Tecnologia dei Materiali, McGraw-Hill Libri Italia srl, 1995
Non-attending students info

Attendance: Not mandatory

The teaching material, based on the recommended textbook and updated year by year by the teacher, is available on a usb support.

The teacher is available with continuity to receive students for solving their learning problems.

 

Modalità d'esame

L’esame è costituito da un colloquio orale e/o una prova scritta a risposte multiple.

Assessment methods

The exam consists of an oral interview and/or a multiple choice written test.

Ultimo aggiornamento 01/03/2024 19:44