SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2022/2023
- Docente
- FEDERICA ZANOTTO
- Crediti formativi
- 9
- Periodo didattico
- Secondo Semestre
- SSD
- ING-IND/22
Obiettivi formativi
- Il corso fornisce le nozioni fondamentali per l'analisi del comportamento meccanico dei materiali, tramite la correlazione delle loro proprietà macroscopiche a quelle microscopiche. Vengono anche descritte le metodologie per la misura di alcune proprietà meccaniche, tramite le quali sono affrontati problemi semplici di scelta dei materiali.
In particolare le principali conoscenze acquisite al termine del corso saranno:
acquisizione di proprietà di linguaggio e terminologia tecnica utile ad esprimersi e comprendere testi e tabelle di contenuto tecnico relative all’insegnamento impartito
conoscenza di base del comportamento meccanico dei materiali in relazione alla loro composizione, alla loro microstruttura e alla loro struttura cristallina o vetrosa
capacità di previsione della modifica delle prestazioni meccaniche al variare delle condizioni operative
per i materiali ceramici, comprensione delle interconnessioni fra metodo di produzione, microstruttura e proprietà
possibilità di indirizzare la scelta dei materiali per specifiche applicazioni
competenze atte ad incrementare la vita di servizio dei componenti. Prerequisiti
- Conoscenza dei contenuti del corso di Fondamenti di Chimica e Materiali, per quanto attiene la natura e proprietà dei legami atomici, la struttura dello stato solido, i diagrammi di stato e i concetti di termodinamica elementare. Inoltre sono richieste la conoscenza del linguaggio matematico di base e del calcolo integrale e differenziale e la padronanza dei concetti di forza, lavoro, energia, pressione, densità, ecc.
Contenuti del corso
- Il corso prevede 90 ore di didattica tra lezioni ed esercitazioni. In particolare sono previste 72 ore di lezione teoriche e 18 ore di esercizi, casi di scelta dei materiali e visite guidate ad aziende/laboratori di ricerca che operano nel campo della scienza/tecnologia/produzione di materiali avanzati.
Proprietà elastiche. Dipendenza del modulo elastico dalle forze interatomiche. Proprietà anelastiche. Fenomeni che inducono comportamento anelastico in materiali di diversa natura. Coefficiente di perdita (4h)
Difetti nei solidi cristallini. Vacanze. Dislocazioni. Difetti di sovrapposizione. Bordi di grano. Meccanismi di incrudimento (8h)
Plasticità nei monocristalli. Sistemi di scorrimento. Legge di Schmid. Plasticità nei solidi policristallini. Relazione di Hall-Petch (3h)
Influenza della temperatura e della velocità di deformazione sulle proprietà plastiche. Superplasticità. Frattura duttile e fragile (4h)
Teoria di Griffith. Elementi di meccanica della frattura. Fattore di intensificazione degli sforzi. Forza generalizzata di propagazione della frattura. Curva R. Strategie per incrementare la tenacità nei materiali (8h)
Fenomeni di scorrimento viscoso. Meccanismi di deformazione e meccanismi di frattura ad alta temperatura. Meccanismi di rinforzo nei materiali per alta temperatura (6h)
Prove meccaniche: prova di trazione, prova di compressione, prova di torsione, prova di resilienza, misura del KIC, prova di scorrimento viscoso (9h)
Introduzione ai materiali ceramici avanzati. Definizioni. Proprietà meccaniche dei ceramici avanzati. Statistica di Weibull. Fatica Statica (6h)
Natura delle polveri ceramiche. Granulometria e proprietà fisiche fondamentali. Analisi termiche (3h)
Sospensioni ceramiche. Additivi di formatura e loro funzioni. Doppio strato elettrico. Additivi di sinterizzazione (4h)
Granulazione delle polveri. Formatura per pressatura, colaggio, colaggio su nastro, estrusione, iniezione in stampi (3h)
Essiccazione e presinterizzazione. Sinterizzazione in fase solida, con fase liquida, per flusso viscoso. Pressatura a caldo. Evoluzione della porosità e crescita dei grani (6h)
Principali ceramici ossidici, non ossidici e loro applicazioni. Tenacizzazione per trasformazione di fase (5h)
Natura e struttura del vetro. Temperatura di transizione vetrosa. Ossidi formatori, modificatori e intermedi. Proprietà del vetro: viscosità, dilatazione termica, densità, rigidezza. Tempra termica e chimica. Ricottura (3h)
Carte di scelta dei materiali. Indici di merito. Scelta dei materiali per specifiche applicazioni (8h)
Esercizi numerici e visita guidata a laboratori di ricerca/impianti industriali (10h) Metodi didattici
- Il corso si articola in una serie di lezione frontali con proiezione di diapositive e discussione con gli studenti. L’interesse degli studenti viene stimolato illustrando molteplici esempi applicativi dei materiali in relazione alle proprietà studiate. Gli esercizi numerici svolti in aula hanno lo scopo di prendere confidenza con le proprietà studiate, comprendendone l’utilizzo nella pratica ingegneristica e utilizzano le unità di misura in modo congruente. Compatibilmente con la disponibilità dei centri di ricerca/aziende del settore, sarà organizzata una visita guidata a laboratori /impianti industriali che operano nel campo della disciplina studiata.
Modalità di verifica dell'apprendimento
- Il raggiungimento degli obiettivi formativi viene verificato attraverso un esame orale, che prevede una serie di domande teoriche e la soluzione di un semplice esercizio numerico (riguardante le proprietà meccaniche). Il voto di esame è formulato in base alla:
- Competenza sull’argomento studiato (50%)
- Correttezza nell’analisi numerica (20%)
- Proprietà e chiarezza di esposizione (30%) Testi di riferimento
- - Appunti del docente
Per approfondimenti su specifici argomenti:
- R. W. Hertzberg, Deformation and fracture mechanics of engineering materials, John Wiley & Sons, Singapore, 1989.
- G.E. Dieter, Mechanical Metallurgy, McGraw-Hill Book Company, Singapore, 1988.
- I. Amato, L. Montanaro, Lezioni dal corso di scienza e tecnologia dei materiali ceramici, Ed. Libreria Cortina, Torino, 1997.
- J. S. Reed, Principles of ceramics processing, J. Wiley & Sons, 1995.
- M.F. Ashby, Materials selection in mechanical design, Pergamon Press, Singapore, 1992.
