Il corso, a partire dall’acquisizione di solide basi teoriche relative ai livelli di organizzazione strutturale della materia alle diverse scale e loro dipendenza dalle variabili termodinamiche descrittive, si propone di dotare lo studente di una cultura tecnico-scientifica sui materiali per applicazioni aeronautiche, comprendendo le correlazioni fra nanostruttura-microstruttura-processo-proprietà-prestazioni al fine di fornire basi per la progettazione delle infrastrutture e dei dispositivi stessi con vecchi e nuovi materiali.
scheda docente
materiale didattico
- Richiami storici, evoluzione dei materiali, uno sguardo al loro interno e un cenno alle trasformazioni
- Proprietà e prestazioni dei componenti
Proprietà di base e comportamento elastico
- Proprietà intrinseche
- Proprietà estrinseche
- Sistemi di sollecitazione meccanica: corpo rigido, corpo deformabile, meccanica del continuo; elasticità lineare, legge di Hooke, comportamento elastico del solido isotropo
Composizione e struttura della materia a diverse scale dimensionali
- Composizione: molecola, legame chimico, curve di Condon-Morse; materiali ionici, materiali molecolari
- Origine termodinamica dell’elasticità
- Strutture: amorfe e cristalline, reticoli di Bravais e indici di Miller
- Difetti nei solidi cristallini: reticolari di punto, di linea e di superficie
Comportamento meccanico dei materiali
- Influenza di T e t sul comportamento meccanico in funzione della natura del materiale
- Sollecitazioni statiche a trazione a bassa T: curva sforzo-deformazione (campo elastico, campo plastico, punti critici)
- Proprietà meccaniche: duttilità, durezza, fragilità, resilienza e tenacità (tecniche di misura delle proprietà)
- Meccanica della frattura: teoria energetica di Griffith, fattore di intensificazione degli sforzi, tenacità a frattura
- Sollecitazioni dinamiche: fatica, curva di Wohler, legge di Paris-Erdogan
Sistemi mono e plurifasici
- Termodinamica dei sistemi: Termodinamica degli stati condensati, concetti di base, primo principio, secondo principio, condizioni di equilibrio, stati di non equilibrio, I e II principio insieme, funzioni di stato caratteristiche
- solubilità allo stato solido: curve di raffreddamento di sistemi ad un componente, stato di aggregazione, regole di Hume-Rothery, soluzioni solide, fase
- dipendenza della solubilità da composizione, temperatura e pressione: regola di Gibbs e della leva, energia di Gibbs, curve di Gibbs, equilibri delle fasi nei sistemi binari
- trasformazioni di fase allo stato solido: meccanismi di diffusione, energia di attivazione e leggi di Fick
- cinetiche di solidificazione e microstrutture: nucleazione e accrescimento, principali trasformazioni termodinamiche, microstrutture
Introduzione alle principali classi di materiali metallici
- Leghe a base ferro: classificazione acciai e ghise, principali diagrammi di fase, classificazione trattamenti termici specifici; acciai speciali, inossidabili e applicazioni.
- Leghe di Titanio: proprietà, processi – applicazioni
- Leghe di alluminio: proprietà, processi – applicazioni
- Superleghe: proprietà, processi – applicazioni
Introduzione alle principali classi di materiali non metallici
- Polimeri e compositi a matrice polimerica: proprietà, processi, applicazioni
- Ceramici: proprietà, processi, cenni alla statistica di Weibull – applicazioni
Richiami, complementi, approfondimenti ed esercitazioni numeriche previste per ogni argomento.
- Scienza e Ingegneria dei Materiali
Editore: Wiley
Vincenzo Casciaro e Carlo Mapelli
- Scienza e Tecnologia dei Materiali Metallici
Editore: CittàStudi Edizioni
Lucio Vergani, Maurizio Carboni
- Esercizi di Scienza e Tecnologia dei Materiali
Editore: Esculapio
Slide proiettate a lezione: in pdf su Moodle
Dispense online sul sito Teams del gruppo
Programma
Introduzione al mondo dei materiali- Richiami storici, evoluzione dei materiali, uno sguardo al loro interno e un cenno alle trasformazioni
- Proprietà e prestazioni dei componenti
Proprietà di base e comportamento elastico
- Proprietà intrinseche
- Proprietà estrinseche
- Sistemi di sollecitazione meccanica: corpo rigido, corpo deformabile, meccanica del continuo; elasticità lineare, legge di Hooke, comportamento elastico del solido isotropo
Composizione e struttura della materia a diverse scale dimensionali
- Composizione: molecola, legame chimico, curve di Condon-Morse; materiali ionici, materiali molecolari
- Origine termodinamica dell’elasticità
- Strutture: amorfe e cristalline, reticoli di Bravais e indici di Miller
- Difetti nei solidi cristallini: reticolari di punto, di linea e di superficie
Comportamento meccanico dei materiali
- Influenza di T e t sul comportamento meccanico in funzione della natura del materiale
- Sollecitazioni statiche a trazione a bassa T: curva sforzo-deformazione (campo elastico, campo plastico, punti critici)
- Proprietà meccaniche: duttilità, durezza, fragilità, resilienza e tenacità (tecniche di misura delle proprietà)
- Meccanica della frattura: teoria energetica di Griffith, fattore di intensificazione degli sforzi, tenacità a frattura
- Sollecitazioni dinamiche: fatica, curva di Wohler, legge di Paris-Erdogan
Sistemi mono e plurifasici
- Termodinamica dei sistemi: Termodinamica degli stati condensati, concetti di base, primo principio, secondo principio, condizioni di equilibrio, stati di non equilibrio, I e II principio insieme, funzioni di stato caratteristiche
- solubilità allo stato solido: curve di raffreddamento di sistemi ad un componente, stato di aggregazione, regole di Hume-Rothery, soluzioni solide, fase
- dipendenza della solubilità da composizione, temperatura e pressione: regola di Gibbs e della leva, energia di Gibbs, curve di Gibbs, equilibri delle fasi nei sistemi binari
- trasformazioni di fase allo stato solido: meccanismi di diffusione, energia di attivazione e leggi di Fick
- cinetiche di solidificazione e microstrutture: nucleazione e accrescimento, principali trasformazioni termodinamiche, microstrutture
Introduzione alle principali classi di materiali metallici
- Leghe a base ferro: classificazione acciai e ghise, principali diagrammi di fase, classificazione trattamenti termici specifici; acciai speciali, inossidabili e applicazioni.
- Leghe di Titanio: proprietà, processi – applicazioni
- Leghe di alluminio: proprietà, processi – applicazioni
- Superleghe: proprietà, processi – applicazioni
Introduzione alle principali classi di materiali non metallici
- Polimeri e compositi a matrice polimerica: proprietà, processi, applicazioni
- Ceramici: proprietà, processi, cenni alla statistica di Weibull – applicazioni
Richiami, complementi, approfondimenti ed esercitazioni numeriche previste per ogni argomento.
Testi Adottati
W.D. Callister, Jr. e D.G. Rethwisch- Scienza e Ingegneria dei Materiali
Editore: Wiley
Vincenzo Casciaro e Carlo Mapelli
- Scienza e Tecnologia dei Materiali Metallici
Editore: CittàStudi Edizioni
Lucio Vergani, Maurizio Carboni
- Esercizi di Scienza e Tecnologia dei Materiali
Editore: Esculapio
Slide proiettate a lezione: in pdf su Moodle
Dispense online sul sito Teams del gruppo
Modalità Erogazione
Il corso è erogato tramite didattica frontale, con lezioni della durata di due ore ciascuna. Sono previste esercitazioni in presenza, esercitazioni online attraverso la piattaforma Moodle e sessioni di domande e risposte in aula. Inoltre, il corso include seminari e visite guidate ai laboratori per integrare la teoria con esperienze pratiche.Modalità Frequenza
La frequenza al corso è facoltativa, ma fortemente consigliata per garantire una comprensione completa degli argomenti trattati e per sfruttare appieno le opportunità offerte dalle esercitazioni pratiche, dalle sessioni di domande in aula, dai seminari e dalle visite ai laboratori. Le lezioni e le attività pratiche si svolgono in presenza, con il supporto di materiale didattico fornito tramite la piattaforma Moodle per integrare l’apprendimento.Modalità Valutazione
L'esame consta di una parte scritta da sostenere mediante piattaforma di moodle e di una prova orale.