Obiettivi Formativi

Il corso si prefigge di:  OF 1 (Conoscenza e comprensione): fornire conoscenze applicative e metodologico-operative nel settore della Metallurgia. In particolare verranno forniti gli strumenti culturali adeguati per affrontare gli aspetti produttivi e le applicazioni tecnologiche delle leghe metalliche, con particolare riguardo ai campi di impiego di leghe ferrose e non ferrose per l’impiego in campo automobilistico. Gli studenti saranno messi in grado di affrontare semplici problemi di progettazione e di verifica dei processi metallurgici, focalizzati alla selezione delle leghe metalliche ed alla pianificazione degli opportuni trattamenti termici e/o meccanici da effettuare.  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 e di sviluppo di un processo metallurgico, utilizzando tecniche e strumenti adeguati, mediante l’analisi di esempi pratici e lo svolgimento di esercitazioni individuali e di gruppo; far acquisire la capacità di elaborazione autonoma di quanto appreso, finalizzata ad identificare, valutare e risolvere problemi caratteristici della Metallurgia, utilizzando metodi analitici, grafici e sperimentali; fornire le capacità di scegliere una data lega metallica e di valutarne il ciclo di trattamenti termici e/o meccanici allo scopo di ottenere le caratteristiche fisiche e meccaniche più idonee per una data applicazione ingegneristica.  OF 3 (Autonomia di giudizio): fornire le conoscenze di base per la comprensione della letteratura tecnica e l’interpretazione di dati sperimentali; far sviluppare in forma autonoma la capacità di analisi critica e di presentazione dei risultati di elaborazioni analitiche o di valutazioni sperimentali; far sviluppare la capacità di svolgere ricerche bibliografiche, di discernere l’utilità delle informazioni, di interpretare i dati e di saper trarre le conclusioni.  OF 4 (Abilità comunicative): far sviluppare le capacità comunicativa attraverso la presentazione dei risultati delle attività di studio mediante un linguaggio scientifico e tecnico appropriato.  OF 5 (Capacità di apprendimento): incoraggiare gli studenti a sviluppare un metodo di studio adeguato alla formazione di competenze ingegneristiche nel campo dei materiali metallici, al fine di poter affrontare anche tematiche avanzate o settoriali.

Learning Goals

This course is addressed to:  OF 1 (Knowledge and understanding): provide applicative and methodological-operational knowledge in the field of Metallurgy. In particular, the course will provide the appropriate cultural tools to deal with the issues of production and the technological applications of metal alloys, with particular regard to the use of ferrous and non-ferrous alloys used in automotive field. Students will be made able to face simple problems of set up and assessment of metallurgical processes, focused on the selection of a metal alloy and planning of the appropriate thermal and / or mechanical treatment to be carried out.  OF 2 (Ability to apply knowledge and understanding): make the students able to apply the acquired engineering knowledge through activities of design and development of a metallurgical process, using appropriate techniques and tools, by means of the analysis of practical examples and the performance of individual and group exercises; allow the students to acquire autonomous processing capacities of what has been learned, aimed at identifying, evaluating and solving the characteristic issues of Metallurgy, using analytical, graphic and experimental methods; provide the ability to choose metal alloys and thermal and / or mechanical treatments, in order to obtain physical and mechanical characteristics suitable for a given engineering application.  OF 3 (Autonomy of judgment): provide the basic knowledge for the understanding of technical literature and the interpretation of experimental data; make the students able to develop autonomously skills in critical analysis and presentation of results of analytical elaborations and experiments; develop skills in carrying out bibliographic researches, with the aim to discern the usefulness of information, interpret data and draw conclusions.  OF 4 (Communication skills): make the students able in communications, through the presentation of their study activities by means of a suitable scientific and technical language.  OF 5 (Learning skills): encourage the students to develop a study method suitable for the training of engineering skills in the metallic materials sector, in order to be able to tackle advanced or industrial topics.

Metodi didattici

Per raggiungere gli obiettivi formativi previsti, il corso si svolgerà in parte attraverso lezioni frontali in aula (con presentazioni in power point per fornire una vasta panoramica di immagini relative a metodi di produzione e applicazioni industriali dei materiali considerati) e in parte attraverso esercitazioni in aula per analizzare e discutere esempi specifici (al fine di stimolare l’approccio ai problemi con autonomia e senso critico). Inoltre, sono previste anche esercitazioni in laboratorio riguardanti osservazioni di microscopia ottica e prove di microdurezza Vickers.

Teaching Methods

In order to achieve the expected objectives, the course will be carried out partly through lectures in classroom (with power point presentations to provide a broad overview of images relating to production methods and industrial applications of the materials considered) and partly through guided exercises with the teacher support in classroom to analyze and discuss specific examples (with the aim of stimulating the approach to problems with autonomy and critical sense). In addition, also complementary laboratory activities consisting of optical microscopy obervation and Vickers microhardness tests will be planned.

Prerequisiti

È richiesta una conoscenza di principi fondamentali di fisica (grandezze e unità di misura; principi della termodinamica) e di chimica (atomi e legami atomici, stato solido, cristallografia).

Prerequisites

Knowledge of basic principles of physics (quantities and units of measurement; principles of thermodynamics) and of chemistry (atoms and atomic bonds, solid state crystallography) is required.

Verifiche dell'apprendimento

A metà del corso verrà programmata una prova in itinere, basata su un colloquio orale, per una prima verifica della preparazione degli studenti sugli argomenti svolti. Il risultato della prova in itinere verrà espresso in trentesimi ed avrà validità per un anno solare dalla fine delle lezioni. Nel caso di esito positivo della prova in itinere (con votazione maggiore o uguale a 18/30), l’esame finale consisterà in un colloquio orale sugli argomenti trattati durante la seconda parte del semestre. La valutazione finale complessiva sarà quindi la media aritmetica tra i risultati della prova in itinere e dell’esame finale. Per gli studenti che non abbiano svolto la prova in itinere, o nel caso essa abbia avuto esito negativo, l’esame finale verterà su tutti gli argomenti trattati durante il corso. Sia la prova in itinere che l’esame finale saranno volti ad accertare le conoscenze acquisite e le capacità di applicarle in maniera critica, utilizzando un linguaggio tecnico-scientifico appropriato ed un corretto approccio metodologico. Esse verteranno sugli argomenti trattati durante il corso (definizioni, esempi rilevanti, applicazioni, collegamenti tra i vari argomenti), in modo da verificare il livello di comprensione dei contenuti e di valutare l’autonomia di giudizio, l’abilità comunicativa e quindi le facoltà logico-deduttive acquisite dallo studente. Per la valutazione si terrà conto dei seguenti parametri: capacità di organizzare discorsivamente le conoscenze acquisite, capacità di ragionamento critico, qualità dell’esposizione e competenza nell’impiego del lessico specialistico.

Assessment

In the middle of the course, an ongoing test, based on an oral interview, will be scheduled for an initial assessment of students’ knowledge on the covered topics. The result of this test will be expressed in thirtieths and valid for one calendar year starting from the end of the lessons. In the case of a positive outcome (with a mark greater than or equal to 18/30), the final exam will be an oral interview focused on the topics covered during the second part of the semester. The final grade will be calculated as the arithmetic mean between the scores obtained in the ongoing test and in the final exam. For students who have not taken the scheduled test, or if it has failed, the final exam will include all the topics covered during the course. Both the ongoing test and in the final exam will be addressed to ascertain the knowledge acquired and the skills of apply them in a critical way, using an appropriate technical-scientific language and a correct methodological approach. They will be focused on the topics covered during the course (definitions, relevant examples, applications, links between the various topics), with the purpose of verifying the level of understanding of the contents, in order to evaluate the autonomy of judgment, the communicative ability and then the logical-deductive skills acquired by the student. The following evaluation parameters will be considered: ability to discursively organize the acquired knowledge, critical reasoning skills, quality of exposure and competence in the use of specialistic vocabulary.

Programma del Corso

Parte prima: analisi critica dell’evoluzione storica dei processi metallurgici e della produzione di manufatti metallici. Metallurgia estrattiva, processi di produzione dei metalli. Applicazioni della metallurgia fisica all’ingegneria delle leghe metalliche (cristallografia, soluzioni solide ed effetti del processo di alligazione). Termodinamica e cinetica delle trasformazioni di fase (solidificazione e trasformazioni in fase solida). Effetti sulle proprietà meccaniche delle variazioni microstrutturali conseguenti ai processi di alligazione ed alle trasformazioni di fase, ricostruttive (ricristallizzazione, precipitazione di seconde fasi) e displasive (formazione di fasi martensitiche). Leghe e metodi per la produzione di getti e di manufatti lavorati plasticamente. Metodi industriali e applicazioni ingegneristiche dei trattamenti termici e termo-meccanici. Parte seconda: leghe siderurgiche. Microstrutture degli acciai, aspetti metallurgici e proprietà meccaniche. Microstrutture di non equilibrio. Trattamenti termici, termomeccanici e termochimici. Impiego di diagrammi Continuous Cooling Transformation (CCT) per la pianificazione dei trattamenti termici degli acciai. Principali elementi alliganti degli acciai e loro effetti. Designazione e normativa degli acciai. Caratteristiche, proprietà e applicazioni delle principali categorie di acciai. Acciai inossidabili. Ghise: strutture, trattamenti e proprietà. Processi siderurgici. Parte terza: leghe non ferrose. Microstrutture, trattamenti e proprietà delle principali leghe non ferrose: rame e sue leghe; alluminio e leghe leggere con particolare riferimento ai processi di tempra e di precipitazione per invecchiamento; titanio e sue leghe; magnesio e sue leghe; leghe antifrizione e per brasatura; nichel e sue leghe.

Course Syllabus

First part: critical analysis of the historical evolution of metallurgical processes and production of metal artifacts. Extractive metallurgy, production processes of metals. Applications of physical metallurgy to the engineering of metal alloys (crystallography, solid solution and effects of the alloying process). Thermodynamics and kinetics of phase transformations (solidification and solid-state transformations). Effects on mechanical properties of the microstructural changes resulting from alloying and phase transformations, reconstructive (recrystallization, second phase precipitation) and displacive (formation of martensitic phases). Alloys and methods for casting and wrought artifacts production. Industrial methods and engineering applications of thermal and thermo-mechanical treatments. Second part: ferrous alloys. Microstructures of steels, metallurgical issues and mechanical properties. Non-equilibrium microstructures. Thermal, thermomechanical and thermochemical treatments. Use of Continuous Cooling Transformation (CCT) diagrams for planning of steel heat treatments. Main alloying elements of steels and their effects. Steel designation and Standards. Characteristics, properties and applications of the main grades of steels. Stainless steels. Cast iron: microstructures, treatments and properties. Iron and steel industry. Third part: non-ferrous alloys. Microstructures, treatments and properties of the main non-ferrous alloys: copper and its alloys; aluminum and light alloys, with particular reference to the processes of precipitation hardening due to aging; titanium and its alloys; magnesium and its alloys; anti-friction alloys and brazing alloys; nickel and its alloys.