ECTS - University of Pisa
Scheda programma d'esame
ADVANCED ENGINEERING ALLOYS
EMANUELE GALVANETTO
Academic year2023/24
CourseMATERIALS AND NANOTECHNOLOGY
Code1064I
Credits6
PeriodSemester 1
LanguageEnglish

ModulesAreaTypeHoursTeacher(s)
ADVANCED ENGINEERING ALLOYSING-IND/21LEZIONI48
EMANUELE GALVANETTO unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Gli studenti acquisiranno competenze sulle proprietà, fabbricazione e applicazioni delle leghe metalliche ingegneristiche e su loro aspetti fondamentali.
Knowledge

Students will have acquired knowledge about the fundamental theory, properties, manufacturing and applications of metllic engineering alloys
Modalità di verifica delle conoscenze

Le conoscenze acquisite saranno verificate a seguito di esame finale ed elaborato assegnato e discusso.
Assessment criteria of knowledge

Knowledge will be assessed via a final assignment and a final exam
Capacità

Alla conclusione del corso lo studente dovrà possedere la competenza necessaria nel settore delle leghe metalliche avanzate, sul relativo sviluppo e processo tecnologico.
Skills

By the end of the course, student will be able to possess knowledge in field of new designed metallic alloys, their processing and development.
Modalità di verifica delle capacità

Verrà concordato un argomento di approfondimento e verrà discusso in sede d'esame.
Assessment criteria of skills

Knowledge will be assessed via a final assignment and a final exam
Comportamenti

Al termine del corso lo studente sarà in grado di:

  • Spiegare concetti relativi alle proprietà meccaniche e tecnologiche dei materiali metallici (elasticità, modulo di Young, resistenza teorica, resistenza alla trazione, resistenza al creep, resistenza a fatica, resistenza alla corrosione, resistenza all'usura...
  • Descrivere le prove meccaniche di ingegneria dei materiali metallici.
  • Discutere la differenza tra leghe tradizionali e leghe avanzate
  • Avere una conoscenza di base delle leghe emergenti e funzionali.
  • Avere una conoscenza di base della lavorazione avanzata dei metalli.
  • Avere una conoscenza di base dei compositi a matrice metallica e di vari materiali avanzati
Behaviors

 After completing the course the student will be able to:

  • Explain concepts related to mechanical and technological properties of metallic materials (elasticity, Young's modulus, theoretical strength, tensile strength, creep resistance, fatigue resistance, corrosion resistance, wear resistance...
  • Describe the mechanical testing of engineering metallic materials.
  • Discuss the difference between traditional alloys and advanced alloys
  • Have a base knowledge of emerging and functional alloys.
  • Have a base knowledge of advanced metallic processing.
  • Have a base knowledge of metal matrix composites and miscellaneous advanced materials
Modalità di verifica dei comportamenti

La conoscenza sarà valutata tramite l'assegnazione e la discussione di un argomento concordato.
Assessment criteria of behaviors

Knowledge will be assessed via a final assignment and a final exam
Prerequisiti (conoscenze iniziali)

Conoscenze di base di scienza e tecnologia dei materiali.
Prerequisites

Base knowledge about material science and technology.
Indicazioni metodologiche

L'insegnamento si basa su lezioni frontali e analisi di casi di studio.
Teaching methods

The teaching is based on lectures and case study analysis.

Lectures: 48 hours
Programma (contenuti dell'insegnamento)

Il corso si propone di fornire allo studente competenza della relazione tra microstruttura e proprietà dei materiali metallici tradizionali (acciaio, leghe non ferrose) e materiali metallici innovativi (acciai ad alta resistenza, superleghe, leghe a memoria di forma, vetrometalli).  Verranno affrontati argomenti sulle leghe per applicazioni ad alta e bassa temperatura e per applicazioni ad alte prestazioni.
Gli argomenti includono:

Progettazione di materiali metallici innovativi
Leghe ferrose innovative. Acciai speciali (SS, Duplex, HSS, HSLA...) e ghise speciali (Silal, Nicrosilal, Ni-hard..). Aspetti metallurgici, composizione, proprietà e loro applicazioni.
Leghe non ferrose innovative. Leghe di alluminio, magnesio e titanio Superleghe a base di ferro, a base di nichel e a base di cobalto: aspetti metallurgici, proprietà e applicazioni.
Leghe emergenti e funzionali (compresi biometalli e leghe ad alta entropia). Leghe Ni-Ti e leghe Co-Cr-Mo. Applicazioni
Compositi a matrice metallica.

Processi di lavorazione e produzione tradizionale e innovativa (inclusa produzione multimateriale e additiva)
Syllabus

The course aims to give the student an insight in the relation between microstructure and the properties of classical (steel, non-ferrous alloys) and modern (advanced high strength steel, superalloys, shape memory alloys, metallic glasses) engineering metallic materials. With respect to traditional materials there will be topics on alloys for high and low temperature applications and for high performance applications.

Topics include:
Advanced metallic material design

Advanced ferrous alloys (including advanced high strength steels). Special steels (SS, Duplex, HSS, HSLA...) and special cast irons (Silal, Nicrosilal,Ni-hard..). Metallurgical aspects, composition, properties and their applications.

Advanced non-ferrous alloys (including light alloys and super alloys). Aluminium, magnesium and titanium alloys Iron base, nickel base and cobalt base super alloys: Metallurgical aspects, Properties and applications.

• Emerging and functional alloys (including bio-metals and high-entropy alloys). Ni-Ti alloy and Co-Cr-Mo alloys. Applications

Metal matrix composites and miscellaneous advanced materials. Advanced metallic material processing

Solidification science and solidification-based processes
Deformation mechanisms and thermomechanical processes
Advanced processes (including multi-material and additive manufacturing)

 

Detailed list:

  1. Quick review of metallic materials and an introduction to metallurgy.
  2. Review of structural phases. Principles and applications of phase diagrams. Principles of alloy theory. Defects in solid.
  3. Introduction to Dislocation. Dislocation and plastic deformation. Elements of grain boundaries.
  4. Vacancies. Diffusion in substitutional solid solutions. Interstitial diffusion.
  5. Solidification of Metals and Alloys. Nucleation and growth kinetics. Precipitation.
  6. Characterization and Analysis. Microscopy and X Ray Diffraction techniques.
  7. Mechanical behaviour of metals and testing procedure. Tensile test. Impact testing. Creep testing. Fatigue testing.
  8. Strengthening and hardening mechanisms
  9. The Iron-Carbon Alloy System; The perlitic transformation; the bainite reaction; Isothermal transformation Diagrams for eutectoid and non-eutectoid steel.
  10. The hardening of steel. Continuous cooling transformations. Hardenability. The martensite transformation in steel. Tempering. Secondary Hardening.
  11. Steel product. Carbon and alloy steel. High strength, Low Alloy Steel. Alloy Steel. Classification and designation of steel.
  12. Alloy Steel. Maraging Steel. Stainless Steel. PH Alloys. Duplex Alloys. Tool steel.
  13. Advanced High Strength Steel, 2nd and 3rd generation. TRIP, TWIP
  14. Cast Iron. Microstructure development. Ductile and malleable cast iron. Heat-resistant cast iron. Ni-Hard cast iron.
  15. Light alloys. Aluminium alloys. Hundred years of precipitation hardening. Al-Li and Magnesium alloys.
  16. Copper alloys and copper berillium.
  17. Titanium alloys. Classification. Beta alloys. Alpha-Beta Alloys. Alloys for aerospace structures.
  18. Nickel based alloys. High temperature alloys. Superalloys. Nickel-Iron alloys.
  19. Stress induced martensite. Shape Memory Alloys. The metallurgy of Nitinol.
  20. Metal Bulk Metallic Glasses. Recent development and application products of BGA.
  21. High-entropy alloy: challenges and prospects. A Critical Review.
Bibliografia e materiale didattico

R. E. Smallman, A. H. W. Ngan " Physical Metallurgy and Advanced Materials"
R. E. Smallman, R. J. Bishop "Modern Physical Metallurgy and Materials Engineering" Reza Abbaschian, Lara Abbaschian, Robert E. Reed-Hill "Physical Metallurgy Principles"

Dispense e altre note distribuite dl docente
Bibliography
  • R. E. Smallman, A. H. W. Ngan " Physical Metallurgy and Advanced Materials" 
  • R. E. Smallman, R. J. Bishop "Modern Physical Metallurgy and Materials Engineering"
  • Reza Abbaschian, Lara Abbaschian, Robert E. Reed-Hill "Physical Metallurgy Principles"
  • Notes, Digital compendium and slides will be provided by the teachers

 
Indicazioni per non frequentanti

Si prega di contattare il docente.
Non-attending students info

 Contact the teacher for the didactical material and course information.
Modalità d'esame

Verrà concordato un argomento di approfondimento e verrà discusso in sede d'esame.
Updated: 31/07/2023 21:19