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 (1) lezioni frontali in aula, svolte anche con l’ausilio di strumenti multimediali; (2) esercitazioni in aula; (3) esercitazioni in laboratorio con analisi critica dei risultati e discussione in aula. Durante la lezione frontale, gli studenti vengono coinvolti con brevi domande sugli argomenti trattati nelle lezioni precedenti e, in relazione al programma svolto, si invitano gli studenti a proporre soluzioni per affrontare i problemi discussi.

Teaching Methods

The course is set up in (1) lectures in the classroom, also carried out with the aid of multimedia tools; (2) exercises in the classroom; (3) practical based lessons in laboratory with critical analysis of the results and classroom discussion; During the lectures, students are involved with short questions on the topics covered in previous lessons and, in relation to the program carried out, students are invited to propose solutions to address the problems discussed.

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

L’esame finale è costituito da una prova scritta e da un colloquio orale, durante gli appelli previsti dal calendario degli esami del Dipartimento di Ingegneria. Nella prova scritta lo studente deve risolvere alcuni esercizi e/o quesiti a risposta aperta, atti a dimostrare di aver acquisito e saper utilizzare gli strumenti forniti durante il corso. Il colloquio orale consiste in una discussione sulla prova scritta e in domande che tendono ad accertare la conoscenza teorica dei contenuti del corso, l'acquisizione del rigore metodologico e la capacità di ragionare su argomenti inerenti al corso. Durante lo svolgimento del corso sono previste due prove scritte in itinere, facoltative, finalizzate all’esonero dalla prova scritta finale, che si svolgono rispettivamente a metà e a fine corso. A ciascuna prova si assegna una valutazione in trentesimi. Gli studenti che non partecipano alle prove in itinere o che non le superano possono comunque sostenere la prova scritta durante gli appelli. Per accedere al colloquio orale occorre aver superato la prova scritta con un punteggio pari o maggiore a 15/30 oppure avere conseguito un punteggio medio pari o maggiore a 15/30 nelle due prove scritte in itinere. L’esame si intende superato se il punteggio medio tra parte scritta e parte orale è pari o superiore a 18/30.

Assessment

The final exam consists of a written test and an oral exam that take place during the exam sessions scheduled by the Department of Engineering. In the written test, the student must solve some exercise and open-ended questions, designed to demonstrate that the student has acquired and knows how to use the tools during the course. The oral interview consists of a discussion on the written test and questions related to ascertaining the theoretical knowledge of the course content, the acquisition of methodological rigor and the ability to reason on the topics of the course. During the course, two ongoing written tests, aimed at exonerating from the final written exam, are scheduled. These intermediate tests take place respectively in the middle and at the end of the course and to each test is assigned an evaluation in thirtieths. Students who do not participate in partial written tests may still take the written test during the exam sessions. To access the oral interview, students must have passed the written test with a score equal to or greater than 15/30 or have achieved an average score equal to or greater than 15/30 in the two partial written tests during the course. The exam is passed if the average score between written and oral part is equal to or greater than 18/30.

Programma del Corso

1.INTRODUZIONE ALLA SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI: I materiali e le applicazioni ingegneristiche, tipi di materiali, progettazione e selezione. 2.STRUTTURA 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. Analisi della struttura cristallina e tecniche sperimentali per l’identificazione di microstrutture e difetti. Diffusione nei solidi: diffusione in condizioni stazionarie e in condizioni non-stazionarie. Applicazioni industriali dei processi di diffusione. 3.DIAGRAMMI DI FASE: Diagrammi di stato di sostanze pure. Sistemi a più fasi. Regola delle fasi di Gibbs. Microstruttura. Diagrammi di stato binari: Interpretazione dei diagrammi di fase. Trasformazioni di fase congruente ed incongruente. Trasformazioni eutettiche, peritettiche. Diagramma di stato Fe-C. 4.PROPRIETÀ MECCANICHE: Deformazione elastica e plastica. Comportamento sforzo-deformazione. Dislocazioni e deformazione plastica; energia di dislocazione e sistemi di scorrimento; interazione tra dislocazioni; generazione di dislocazioni. Meccanismi di rafforzamento (incrudimento, rafforzamento per soluzione solida, rafforzamento da bordo grano). Recovery, ricristallizzazione e accrescimento del grano. Curve sforzo-deformazione nominale e reale. Durezza dei materiali. Esempi di progettazione dei materiali sulla base delle correlazioni tra microstruttura e proprietà meccaniche. Evoluzione della microstruttura e modificazioni delle proprietà meccaniche nelle leghe metalliche. 5.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 a caldo (o creep) e modalità di frattura ad alta temperatura.

Course Syllabus

1. INTRODUCTION TO MATERIALS SCIENCE AND TECHNOLOGY: Materials and engineering applications, types of materials, design and selection. 2. STRUCTURE AND PROPERTIES: Atomic structure and atomic bonds: correlation with the macroscopic properties of solids. The structure of crystalline solids: ideal crystals and imperfections in solids. Crystal structure analysis and experimental techniques for the identification of microstructures and defects. Diffusion in solids: diffusion in stationary and non-stationary conditions. Industrial applications of diffusion processes. 5. PHASE DIAGRAMS: State diagrams of pure substances. Multi-phase systems. Gibbs phase rule. Microstructure. Binary state diagrams: Interpretation of phase diagrams. Transformations of congruent and incongruent phase. Eutectic and peritectic transformations. Fe-C state diagram. 3.MECHANICAL PROPERTIES: Elastic and plastic deformation. Stress-strain behavior. Dislocations and plastic deformation; dislocation energy and slip systems; interaction between dislocations; generation of dislocations. Strengthening mechanisms (work hardening, solid solution strengthening, grain boundary strengthening). Recovery, recrystallization, and grain growth. Nominal and real stress-strain curves. Hardness of materials. Examples of material design based on the correlations between microstructure and mechanical properties. Evolution of the microstructure and modifications of the mechanical properties of alloys. 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 their design. Creep and high-temperature fracture mode.