Obiettivi Formativi

Il corso si prefigge di: OF 1 (Conoscenza e comprensione): fornire le conoscenze teoriche e degli aspetti metodologico-operativi della Scienza dei Materiali; fornire le informazioni sulle proprietà e i meccanismi alla base del comportamento dei materiali e rendere lo studente in condizioni di poter affrontare semplici problemi di progettazione e di verifica basati sulle proprietà meccaniche dei materiali attraverso l’uso di metodi e tecniche aggiornate. OF 2 (Capacità di applicare conoscenza e comprensione): far sviluppare la capacità di applicare le conoscenze ingegneristiche acquisite attraverso lo svolgimento di attività di progettazione/sviluppo pratico di concetti teorici, utilizzando metodi di studio, tecniche e strumenti adeguati con l’analisi di esempi pratici o applicazioni ed esercitazioni da svolgere sia individualmente che in gruppo per identificare, formulare e risolvere problemi dell’ingegneria di base. OF 3 (Autonomia di giudizio): far acquisire la capacità di identificare, formulare e risolvere problemi nel campo della Scienza dei Materiali utilizzando metodi analitici, grafici e sperimentali fornendo inoltre le conoscenze di base per l’interpretazione della letteratura tecnica e l’utilizzo di dati sperimentali. Far sviluppare la capacità di elaborazione autonoma dei concetti nonché la capacità di analizzare criticamente i risultati frutto di elaborazioni analitiche o valutazioni sperimentali. Far sviluppare la capacità di svolgere ricerche bibliografiche e di discernere l'utilità delle informazioni ottenute anche per progettare e condurre esperimenti appropriati, interpretare i dati e trarre conclusioni. OF 4 (Abilità comunicative): far sviluppare la capacità comunicativa di presentazione di concetti e risultati teorici e sperimentali ad interlocutori specialistici e non specialistici utilizzando un linguaggio tecnico appropriato. OF 5 (Capacità di apprendimento): far acquisire un metodo di studio individuale adeguato a consentire l'approfondimento delle conoscenze e ad affrontare ulteriori tematiche avanzate o settoriali.

Learning Goals

The course aims to: OF 1 (Knowledge and understanding): provide the student with theoretical knowledge and methodological-operational aspects of Materials Science; provide information on the properties and mechanisms underlying the behavior of materials and make the student in a position to address simple design and verification problems based on the mechanical properties of materials by using daily methods and techniques. OF 2 (Ability to apply knowledge and understanding): develop the ability to apply the acquired engineering knowledge through the performance of design/practical development of theoretical concepts, using appropriate learning methods, techniques and tools with the analysis of practical examples or applications and exercises to be performed both individually and in groups to identify, formulate and solve basic engineering problems. OF 3 (Autonomy of judgment): to acquire the ability to identify, formulate and solve problems in the field of Materials Science using analytical, graphical and experimental methods, also providing basic knowledge for the interpretation of technical literature and the use of experimental data. To develop the capacity for autonomous processing of concepts and the ability to critically analyze the results resulting from analytical processing or experimental evaluations. To develop the ability to carry out bibliographic research and to discern the usefulness of the information obtained also to design and conduct appropriate experiments, interpret data and draw conclusions. OF 4 (Communication skills): develop communication skills about the presentation of concepts and results, theoretical and experimental, to specialist and non-specialist interlocutors with appropriate technical language. OF 5 (Learning skills): to acquire a self-study method to allow the deepening of knowledge and to address further advanced or specific issues.

Metodi didattici

Il corso è impostato in: lezioni frontali svolte anche con l’ausilio di strumenti multimediali; esercitazioni numeriche in classe da svolgere sia individualmente che in gruppo; esercitazioni pratiche in laboratorio con analisi critica dei risultati e discussione in aula.

Teaching Methods

The course is set in: lectures also conducted with the aid of multimedia tools; numerical exercises in the classroom to be performed both individually and in groups; practical exercises in the laboratory with critical analysis of the results and discussion in the classroom.

Prerequisiti

È richiesta una conoscenza dei principi fondamentali di Fisica (grandezze e unità di misura; forza, energia e lavoro; principi della meccanica e della termodinamica) Chimica (nomenclatura, atomi e legami atomici, termochimica, stati di aggregazione della materia, diagrammi di stato ad un componente).

Prerequisites

Base knowledge about Physics (physical quantities and units, force, energy, work, basics of mechanics and thermodynamics) and Chemistry (nomenclature, atoms and chemical bonds, thermochemistry, aggregation states of matter, one component phase diagrams).

Verifiche dell'apprendimento

Verifiche durante il corso che prevedono la risoluzione di esercizi e/o quesiti a risposta aperta in forma scritta sugli argomenti del programma fino a quel momento trattati in aula con valutazione in trentesimi per ciascun argomento del programma. Le sessioni di esame finale consistono in un colloquio orale. Il colloquio orale verterà sugli argomenti del programma in cui lo studente ha ricevuto una valutazione insufficiente (inferiore a 18/30) nelle verifiche durante il corso e sugli argomenti che non stati oggetto di verifica da parte dello studente durante il corso e su argomenti in cui lo studente, pur avendo ricevuto valutazione maggiore di 18/30 nelle verifiche, ritiene di essere nuovamente valutato in sede di colloquio orale. La valutazione delle verifiche è valida per un anno solare a decorrere dall’inizio del corso. Il colloquio orale è finalizzato ad accertare le conoscenze acquisite, la padronanza dei concetti e le capacità di applicarle in maniera critica adoperando un linguaggio tecnico ed un approccio metodologico adeguati Il voto finale sarà una media tra i voti (maggiori di 18/30) ricevuti sugli argomenti trattati nel corso delle verifiche e quello del colloquio orale finale.

Assessment

Intermediate written audits during the course that provide for the resolution of exercises and open-ended questions in written form with evaluation in thirtieths for each exercises and open-ended questions. The final examination consists of an oral discussion. The oral exam will focus on the topics of the program where the student received a rating less than 18/30 in the written audits and on the topics of the program not verified in the written audits and about topics in which the student, despite having received an assessment greater than 18/30 in the written audits, want to be re-evaluated during the oral exam. Evaluation of written audits remains valid for one calendar year from the beginning of the course. The final oral discussion aims at ascertaining the acquired knowledge, the mastery of the concepts and the ability to apply them in a critical manner using an adequate technical language and methodological approach. The final grade will be an average among the written tests and the oral exam.

Programma del Corso

ARGOMENTO 1: INTRODUZIONE ALLA SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI: I materiali e le applicazioni ingegneristiche, classificazione dei materiali, Materiali avanzati. ARGOMENTO 2: MICROSTRUTTURA E PROPRIETÀ: Struttura atomica e legami interatomici: relazioni con le proprietà macroscopiche dei solidi. La struttura dei solidi cristallini: Cristalli ideali e imperfezioni nei solidi. Diffusione allo stato solido: diffusione in condizioni stazionarie e in condizioni non-stazionarie. ARGOMENTO 3: PROPRIETÀ MECCANICHE: Deformazione elastica e plastica. Dislocazioni e deformazione plastica; energia di dislocazione e forze tra dislocazioni; interazione tra dislocazioni. Generazione di dislocazioni. Meccanismi di rafforzamento (incrudimento, rafforzamento per soluzione solida, rafforzamento da bordo grano, rafforzamento da particelle). Curve sforzo deformazione nominale e reale. Durezza dei materiali. Esempi di progettazione dei materiali sulla base delle correlazioni tra microstruttura e proprietà meccaniche. ARGOMENTO 4: FRATTURA, FATICA, CREEP: Meccanismi di frattura. Principi di meccanica della frattura lineare elastica ed elasto-plastica. Tenacità a frattura e resistenza all’impatto. Modalità di frattura a bassa temperatura. Fatica nei materiali e loro progettazione. Scorrimento viscoso e modalità di frattura ad alta temperatura. ARGOMENTO 5: DIAGRAMMI DI FASE: Sistemi a più fasi. Regola delle fasi di Gibbs. Microstruttura. Diagrammi di stato binari: miscibilità completa sia allo stato solido che allo stato liquido, miscibilità nulla sia allo stato solido che allo stato liquido, miscibilità completa allo stato liquido e parziale allo stato solido. Trasformazioni di fase congruente ed incongruente. Trasformazioni eutettiche, peritettiche. Evoluzione della microstruttura. Diagramma di stato Fe-C. Trasformazioni eutettoidiche.

Course Syllabus

TOPIC 1: INTRODUCTION TO MATERIALS SCIENCE AND TECHNOLOGY: Materials and engineering applications, classification of materials, advanced materials. TOPIC 2: MICROSTRUCTURE AND PROPERTIES: Atomic structure and atomic bonds: relationship with the macroscopic properties of solids. The structure of crystalline solids: ideal crystals and imperfections in solids. Solid state diffusion: diffusion in stationary conditions and in non-stationary conditions. TOPIC 3: MECHANICAL PROPERTIES: Elastic and plastic deformation. Dislocations and plastic deformation; dislocation energy and forces between dislocations; interaction between dislocations. Generation of dislocations. Mechanisms of strengthening (work hardening, strengthening for solid solution, strengthening by grain boundary, strengthening by particles). Nominal and real strain stress curves. Material hardness. Materials design based on the correlations between microstructure and mechanical properties TOPIC 4: FRACTURE, FATIGUE, CREEP: Fracture mechanisms; Principles of linear elastic and elasto-plastic fracture mechanics; Fracture toughness and impact resistance. Low temperature fracture mode. Fatigue in materials and design. Viscous flow and high temperature fracture modes. TOPIC 5: PHASE DIAGRAMS: Multi-phase systems, Gibbs phase rule, microstructure. Introduction to phase diagrams: definition of phase, component, system, compound. Binary phase diagrams: phase diagram of complete solubility in the solid state, phase diagram with no solubility in the solid state, phase diagram with partial solubility in the solid state, eutectic and peritectic transformation, microstructure changes, Fe-C phase diagram, eutectoid transformation.