Obiettivi Formativi

Obiettivo primario del corso è una solida preparazione, teorica e sperimentale, sulle correlazioni microstruttura - proprietà meccaniche, con riferimento alle diverse condizioni di esercizio e di lavorazione. Particolare attenzione verrà posta nella comprensione delle trasformazioni di fase e dei metodi di rafforzamento dei materiali metallici. Il corso si propone di fornire gli strumenti cognitivi e le competenze necessarie per valutare il comportamento ed ottimizzare le prestazioni di una lega metallica, in relazione agli impieghi nel settore della meccanica. In questa ottica verranno approfondite le tematiche relative alle proprietà meccaniche ad alta temperatura, alle tecniche tradizionali di produzione mediante deformazione plastica e ai nuovi processi di saldatura e di manifattura additiva. Il corso sarà indirizzato a favorire lo sviluppo di una mentalità flessibile per un corretto approccio metodologico alle applicazioni della Metallurgia Meccanica, al fine di identificare, formulare e risolvere problemi utilizzando tecniche e strumenti aggiornati in contesti di ricerca anche industriali. In particolare, gli studenti verranno messi nelle condizioni di acquisire abilità nell’elaborazione autonoma di concetti, al fine di poter assumere scelte progettuali consapevoli per lo sviluppo di prodotti e/o processi. Oltre alle conoscenze specifiche verrà curata, attraverso la padronanza del linguaggio scientifico e tecnico, la capacità comunicativa nella presentazione dei risultati delle attività di studio e di ricerca in forma sintetica ed esaustiva. Gli studenti del corso saranno messi in grado di approfondire le proprie conoscenze nell’ambito della Metallurga Meccanica, anche al di fuori degli argomenti trattati strettamente a lezione, al fine di affrontare efficacemente l’inserimento nel mondo del lavoro o intraprendere percorsi di formazione successivi.

Learning Goals

The primary objective of the course is a solid theoretical and experimental preparation on the correlations between microstructure and mechanical properties, with reference to different operating and processing conditions. Particular attention will be paid to the understanding of phase transformations and methods of metallic materials strengthening. The course aims to provide the cognitive tools and skills necessary to understand the behaviour and optimize the performance of metal alloys, according to their uses in mechanical fields. In this context, the issues relating mechanical properties at high temperature, traditional production techniques through plastic deformation and new welding and additive manufacturing processes will be explored. The course will be aimed at maturing a flexible mentality for a correct methodological approach to the applications of Mechanical Metallurgy, in order to identify, formulate and solve problems using up-to-date techniques and tools in research contexts, including the industrial ones. Students will be enabled to acquire skills in the autonomous development of concepts, with the aim of making conscious design choices for the development of products and / or processes. In addition to specific knowledge, by achieving a mastery of scientific and technical language, the course will take care of the communicative ability in presenting the results of study and research activities in a synthetic and exhaustive form. The students of the course will be enabled to deepen their knowledge in the field of Mechanical Metallurgy, even outside the topics strictly covered in class, in order to deal effectively with entering the world of work or to undertake subsequent training courses.

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 la caratterizzazione meccanica e metallurgica delle leghe metalliche.

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 on mechanical and metallurgical characterization of metals will be planned.

Prerequisiti

Conoscenze di base di cristallografia, trasformazioni di fase e resistenza dei materiali, analisi delle strutture.

Prerequisites

Basic knowledge of crystallography, phase transformations and materials strength, structural analysis.

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

Introduzione - Nozioni di base della metallurgia meccanica: correlazioni tra il comportamento meccanico dei metalli e le caratteristiche fisiche e microstrutturali nelle diverse condizioni di esercizio e di lavorazione (aspetti teorici e sperimentali). Comportamento meccanico delle leghe metalliche - Approccio allo studio secondo i principi sia della meccanica del continuo che della scienza dei metalli. Caratteristiche microstrutturali e meccanismi di rafforzamento nelle leghe metalliche. Trasformazioni di fase e processi per il rafforzamento microstrutturale delle leghe metalliche. Modalità di cedimento dei componenti strutturali, meccanica della frattura e indagini frattografiche. Tenacità all’urto, aspetti metallurgici e fattori fragilizzanti nelle leghe metalliche. Proprietà meccaniche alle alte temperature: scorrimento a caldo, morfologia della frattura per creep, estrapolazione di dati di creep, superleghe per alte temperature, case history (palette turbine, tubi radianti). Lavorazioni plastiche - Regimi di deformazione, equazioni costitutive della plasticità, lavorazioni per deformazione plastica (effetti delle lavorazioni a caldo e a freddo), leghe per deformazione plastica. Metallurgia delle polveri - Caratteristiche metallurgiche di componenti prodotti con le nuove tecniche di manifattura additiva. Metallurgia dei giunti saldati - Diffusione di materia e termica nei solidi cristallini. Problemi di saldabilità dei materiali metallici, classificazione e descrizione dei difetti di saldatura. Campi termici in saldatura (ipotesi e modelli di calcolo per la loro simulazione). Alterazioni microstrutturali nella saldatura per fusione, zona fusa e zona termicamente alterata negli acciai e nelle leghe non ferrose. Alterazioni microstrutturali nella saldatura per pressione, studio delle interfacce in acciai placcati per laminazione a caldo.

Course Syllabus

Introduction - Basics of mechanical metallurgy: correlations between mechanical behavior of metals and their physical and microstructural properties in different service and working conditions (theoretical and experimental aspects). Mechanical behavior of metals - Approach to the study according to the principles of both continuum mechanics and metals science. Microstructural characteristics and strengthening mechanisms in metals. Phase transformations and processes for microstructural strengthening of metal alloys. Failure modes of structural components, fracture mechanics and fractographic investigations. Impact toughness, metallurgical aspects and embrittling conditions in metal alloys. Mechanical properties at high temperatures: creep behavior, morphology of creep fracture, extrapolation of creep data, alloys for high temperatures. Plastic working - Deformation modes, constitutive equations of plasticity, plastic deformation processes (effects of hot and cold working), wrought alloys. Powder metallurgy - Metallurgical characteristics of components produced with the new additive manufacturing techniques. Welded joints metallurgy - Mass and thermal diffusion in crystalline solids. Weldability problems of metallic materials, classification and description of welding defects. Thermal fields in welding (hypotheses and calculation models for their simulation). Microstructural alterations in fusion welding, molten zone and heat affected zone in steels and non-ferrous alloys. Microstructural alterations in pressure welding, study of interfaces in steels clad by hot rolling.