Scheda Insegnamento: SCIENZA DEI MATERIALI A.A. 2017/2018
  • Corso di Laurea: INGEGNERIA INDUSTRIALE (L-9)
  • Codice: 18123
  • Crediti: 6
  • Anno Off. Formativa: 2017/2018
  • Anno di Corso: 1
  • Erogazione: II semestre
  • Docente: ULDERICO SANTAMARIA

Programma

Argomenti teorici raggruppati:
- Classi di materiali di interesse tecnologico e loro proprietà caratterizzanti (proprietà meccaniche, termiche, elettriche e relative misure).
- Relazioni tra microstruttura e proprietà (difetti nei cristalli, soluzioni solide).
- Richiami su equilibri eterogenei e diagrammi di stato.
- Materiali leganti: calce aerea e gesso; calci idrauliche naturali e artificiali; cementi silico-basici (Portland, di miscela: pozzolanico e d'alto forno, Portland speciali: ferrico e bianco): principi produttivi, meccanismi di presa ed indurimento; cemento alluminoso; saggi tecnici sui cementi.
- Conglomerati cementizi: inerti; malte e calcestruzzi: proprietà e prove sul calcestruzzo fresco (lavorabilità, bleeding). Reoplasticità. Additivi per calcestruzzo. Calcestruzzi leggeri: porosi e cellulari. Conglomerati fibrorinforzati, conglomerati con fly-ash, silica fume, e polimero impregnati. Proprietà del calcestruzzo indurito: ritiro, scorrimento viscoso (fluage), resistenza meccanica. Proporzionamento del calcestruzzo o mix-design. Trattamenti igro-termici dei conglomerati cementizi. Degradazione dei conglomerati cementizi.
- Materiali ceramici: ceramici per l'edilizia (laterizi, grés e porcellane).
- Materie plastiche: polimerizzazione e struttura del polimeri (polietilene, polipropilene, PVC, PMMA, resine poliestere, fenoliche, poliammidiche, epossidiche, poliuretani, siliconi, elastomeri); proprietà; lavorazione; applicazioni nell'edilizia moderna. Meccanismi di degrado.
- Materiali compositi: classificazione. Matrici e rinforzi. Compatibilizzanti. Fibre di vetro. Fibre di carbonio . Fibre aramidiche. Produzione e proprietà. Processi di fabbricazione. Compositi a matrice metallica, a matrice ceramica e a matrice polimerica. Strutture a sandwich. Strutture metalliche placcate. Cenni su proprietà meccaniche e meccanismi di rinforzo. Legno: struttura e proprietà.
produzione, proprietà e utilizzi nell'ingegneria.
- Materiali metallici. Leghe ferrose: ghise, acciai semplici e legati (da carpenteria, inossidabili, da utensili). Diagramma di stato ferro-carbonio. Trattamenti termici dell'acciaio (tempra,ricottura, normalizzazione).
- Fenomeni di corrosione nei metalli. Metodi protettivi contro la corrosione.
-Materiali per l’elettronica. Conduzione elettrica nei metalli. Semiconduttori intrinseci. Semiconduttori estrinseci. Drogaggio. Dispositivi
semiconduttori. Microelettronica. Composti semiconduttori. Proprietà elettriche dei materiali ceramici. Proprietà dei dielettrici.
Materiali ceramici per condensatori. Semiconduttori ceramici. Ceramici ferroelettrici. Piezoelettricità.
-Materiali Vetrosi: Vetri. Fattori che influenzano la formazione di un vetro. Elettronegatività e tipo di legame. Viscosità. Termodinamica di formazione dei vetri. Temperatura di transizione vetrosa. Cinetica di cristallizzazione e formazione del vetro. Strutture e classificazioni dei vetri. Vetri metallici. Vetro-ceramici.

Argomenti specifici del corso:
Introduzione al corso. Introduzione ai materiali oggetto di studio ed alla necessità di valutarne le proprietà. Proprietà dei materiali metallici, polimerici, ceramici in relazione alla struttura ed ai tipi di legame. Cenni sui materiali compositi. Legame ionico e covalente. Legame metallico. Legami secondari. Proprietà dei materiali alla luce della natura dei legami. Struttura dei metalli. Reticolo spaziale e celle unitarie. Sistemi cristallini e reticoli di Bravais. Reticoli cubici ed esagonale. Fattori di impaccamento atomico. Indici di Miller. Confronto tra reticolo CFC e EC. Polimorfismo ed allotropia. Cenni di diffrazione a raggi X. Materiali amorfi. Solidificazione ed imperfezioni. Solidificazione omogenea ed eterogenea. Energie coinvolte nella solidificazione omogenea. Crescita dei cristalli. Grani. Soluzioni solide sostituzionali ed interstiziali. DIfetti di punto: vacanze ed atomi interstiziali. Il C nel reticolo del Fe: ruolo di APF e forme dei vuoti. Difetti di linea: dislocazioni. Vettore di Burgers. Moto delle dislocazioni nella deformazione plastica. Moto delle dislocazioni: analogie. Deformazione plastica e ruolo delle dislocazioni. Incrudimento. Bordi di grano. Bordi di geminati. Dimensione del grano. Proprietà meccaniche. Reazione meccanica di un materiale alla sollecitazione: deformazione plastica, elastica e rottura.Forze statiche e dinamiche. Prove di resistenza meccanica: prova a trazione; sforzi e deformazioni nominal; grafico sforzo/deformazione; modulo elastico, di taglio e di Poisson; duttilità e sue misure; sforzo a rottura e strizione. Sforzo e deformazioni reali. Esempi di prove di trazione per diversi materiali. Comportamento a frattura. Frattura duttile e fragile. Tenacità. Frattura in presenza di difetti. Prova di resilienza. Temperatura di transizione duttile/fragile. Durezza e prove di durezza. Comportamento a fatica. Prove di fatica. Creep dei metalli e prove di creep. Proprieta termiche: conducibilità, capacità termica, dilatazione lineare e volumica; temperature di transizione. Conducibilità elettrica: legge di Ohm. Metallurgia primaria e secondaria. Produzione della ghisa e dell'acciaio. Altoforno. Siderurgia primaria e secondaria. Lavorazioni dei materiali metallici. Meccanismi di rafforzamento. Incrudimento ed effetto della temperatura. Controllo della dimensione del grano. Rafforzamento per soluzione solida. Effetto degli elementi di lega. Cenni sulla corrosione umida e secca. Potenziali di riduzione. Passività. Forme di corrosione: assotigliamento, pitting, tensocorrosione e corrosione selettiva. Corrosione del ferro in ambiente umido. Diagrammi di Pourbaix. Cenno sulle curve di polarizzazione. Metodi di protezione dalla corrosione: verniciatura; zincatura; anodizzazione; protezione catodica. Cenni sulla progettazione e modifica dell'ambiente per ridurre la corrosione. Diagrammi di stato: microstrutture di equilibrio. Diagrammi di stato binari: miscibilità completa allo stato liquido e solido. Determinazione del numero delle fasi, della loro composizione ed abbondanza relativa. Diagramma di stato Cu/Ni. Diagramma di stato di completa miscibilità allo stato liquido e completa o parziale immiscibilità allo stato solido. Trasformazioni eutettica e peritettica. Esempi di lettura dei diagrammi. Cenni sui diagrammi di stato ternari. Introduzione al diagramma di stato Fe/C. Diagramma di equilibrio. Diagramma di stato Fe/Fe3C. Punti notevoli. Perlite e ledeburite. Punti critici.Ae, Ac ed Ar. Diagramma semplificato. Trasformazioni durante il raffreddamento per acciai eutettoidico, ipo- ed iper-eutettoidico. Acciai ed influenza degli elementi di lega sull'eutettoide.
Ghise. Ghise bianche e grigie. Ghise malleabili e speciali.Microstrutture non di equilibrio. Trattamenti termici e proprietà meccaniche. Martensite. Curve TTT e CCT. Tempra, rinvenimento, ricottura e ricristallizzazione.Classificazione degli acciai. Designazione degli acciai secondo UNI EN 10027 ed AISI.

Testi consigliati

W.D. CALLISTER “Scienza e ingegneria dei materiali. Una introduzione”, EdiSES.
BERTOLINI: 'Materiali da costruzione. Volume I ' Citta'Studi Edizioni
M. LUCCO BORLERA, C. BRISI: 'Tecnologia dei materiali e Chimica Applicata' Levrotto e Bella
W.F. SMITH, J.HASHEMI: 'Scienza e tecnologia dei materiali' McGraw-Hill,
V. ALUNNO ROSSETTI: 'Il calcestruzzo: Materiali e Tecnologia' McGraw-Hill,
A. R. WEST “Solid state Chemistry and its Applications”, John Wiley & Sons
W.F. SMITH & J. HASHEMI “Scienza e tecnologia dei materiali”, McGraw-Hill.
Dispense del docente

Propedeuticità

Chimica generale e inorganica ed elementi di organica. Analisi matematica I Fisica I

Frequenza

Facoltativa

Metodologia didattica

Ore lezione: 48

Valutazione del profitto

Prova in itinere, prova scritta, prova orale, esercitazioni

Descrizione dei metodi di accertamento

La verifica della preparazione consiste in una prova scritta propedeutica alla prova orale.
La verifica è così pesata:
Verifica scritta:
40% così suddiviso:
Domande teoriche
Corretta analisi dei dati sperimentali
Chiarezza nell’esposizione dei risultati
Esercizi
Verifica orale:
60% così suddiviso:
Domande teoriche
Proprietà di esposizione
E’ vivamente consigliata la frequenza del corso.

Al termine del corso lo studente avrà acquisito :
Conoscenze e capacità di comprendere
Al termine del corso lo studente avrà integrato la sua conoscenza delle discipline chimiche di base con gli aspetti applicativi tipici dell'ingegneria civile; avrà una panoramica completa dei materiali da costruzione in relazione alla loro composizione chimica, alla loro struttura e alle caratteristiche di impiego. Avrà una conoscenza di base sulle prestazioni dei materiali in opera e sul mix design.
Competenze: Alla fine del percorso di studio lo studente avrà sviluppato la capacità di scegliere il materiale migliore per le applicazioni desiderate. Sarà in grado di prevedere trattamenti chimici e fisici da mettere in atto sui materiali per modificane la struttura per migliorarne le proprietà. Sarà in grado anche di mettere in atto gli accorgimenti opportuni per prolungare la vita del materiale. Lo studente sarà inoltre in grado di prevedere i controlli da eseguire per verificare che i materiali utilizzati rispondano alle caratteristiche desiderate.
Autonomia di giudizio:
Al superamento dell’esame lo studente dovrebbe aver sviluppato la capacità di valutare criticamente i dati analitici del comportamento meccanico di un materiale per prevederne il comportamento in opera, così come la capacità di interpretare i dati dei controlli di accettazione di un materiale da utilizzare.
Capacità comunicative:
Al superamento dell’esame lo studente dovrebbe aver maturato una sufficiente proprietà di linguaggio, quanto meno per quanto attiene la terminologia tecnica e chimica specifica dell’insegnamento.
Capacità di apprendimento:
Le attività seminariali finali hanno lo scopo di introdurre lo studente ai più recenti sviluppi in termini di ricerca nel campo della scienza dei materiali applicati all'ingegneria civile: lo studente dovrebbe aver maturato le conoscenze e competenze di base della disciplina per affrontare, in futuro, un approfondimento autonomo di tali aspetti.

Luogo lezioni

V lotto Campus Riello Sede Ingegneria

Orario lezioni

L'orario delle lezioni è di norma stabilito 90 gg prima dell'inizio dei corsi. Non appena disponibile, sarà pubblicato sul sito web.

Comunicazioni

Lunedì,Mercoledì,Venerdì ore 18-19