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    Claudio LEONE

    Insegnamento di TECNOLOGIA MECCANICA (APPROFONDIMENTO)

    Corso di laurea in INGEGNERIA AEROSPAZIALE, MECCANICA, ENERGETICA

    SSD: ING-IND/16

    CFU: 3,00

    ORE PER UNITÀ DIDATTICA: 24,00

    Periodo di Erogazione: Primo Semestre

    Italiano

    Lingua di insegnamento

    ITALIANO

    Contenuti

    Struttura dei metalli (4 h). Tipi di reticoli cristallini.
    Difetti della struttura e meccanismi di deformazione plastica.
    Diagrammi di stato per materiali puri e leghe (4 h). Diagramma Ferro-Cementite.
    Meccanismi di rinforzo: indurimento per soluzione solida, deformazione plastica, tempra, affinamento della grana.
    Trattamenti termici (8 h). Leghe leggere: tempra di solubilizzazione e precipitazione. Acciai: tempra martensitica e rinvenimento.
    Altri trattamenti termici e termo-chimici. Classificazione dei trattamenti termici. Temprabilità degli acciai
    Criteri di scelta di un materiale metallico (8 h).
    Classificazione degli acciai e delle leghe d’alluminio.
    Proprietà rilevanti e loro misura. Prove meccaniche: prova di trazione, prove di durezza (Brinell, Poldi, Vickers, Rockwell), prova di resilienza.
    Cenni sulle prove di fatica e di scorrimento.

    Testi di riferimento

    Lucidi delle lezioni, reperibili sul sito del Docente.
    V. Sergi e F. Caiazzo, Tecnologie Generali dei Materiali, Ed. CittaStudi.
    W. F. Smith e J. Hashemi, Scienza e Tecnologia dei materiali, Ed. McGraw Hill.

    Obiettivi formativi

    Fornire conoscenze e competenze sulle leghe metalliche, le loro proprietà e le applicazioni in relazione alle strutture e ai trattamenti. Saper interpretare i risultati di prove di caratterizzazione meccanica.
    Comprendere il comportamento meccanico dei materiali metallici e i relativi fenomeni di cedimento in esercizio.
    Avere la capacità di analizzare i risultati di una prova di caratterizzazione meccanica.
    Saper scegliere i processi adatti per conferire a una lega metallica le proprietà desiderate.
    Saper scegliere le metodologie di prova più opportune per rivelare l’esito di processi tecnologici destinati a conferire le proprietà volute.

    Prerequisiti

    TECNOLOGIA MECCANICA

    Metodologie didattiche

    Lezioni frontali in aula.
    Visite presso aziende e/o laboratori.

    Metodi di valutazione

    Esame scritto (comprendente domande ed esercizi) ed orale.
    La prova scritta ha una durata di circa 100 minuti. Durante la prova non è consentito utilizzare materiale didattico.
    Entrambi le prove si prefiggo lo scopo di accertare le conoscenze acquisite dallo studente, le capacità di saper descrivere e comprendere gli argomenti di studio. La capacità di trarre conclusioni e di risolvere problemi.
    La prova scritta è propedeutica all'orale e si ritiene superata con non meno di 18/30.

    Programma del corso

    Introduzione alle strutture dei materiali metallici ed alle loro proprietà.
    Tipi di legami atomici. Legami forti e deboli. Direzionalità dei legami. Legami metallici; Reticoli cristallini. Trasformazioni allotropiche. Difetti nei cristalli: difetti puntuali, di linea e di superficie. Interazione fra i difetti. Ricristallizzazione.

    Prove meccaniche e caratterizzazione dei materiali metallici.
    Introduzione alle prove meccaniche: tipi di prove, scopi e normative; Concetto di prova statiche e prova dinamica; Prova di trazione. La macchina universale di prova. Geometrie dei campioni. Prova di trazione: curva sigma-epsilon. Misura dei moduli elastici. Deformazioni in campo elastico e plastico. Energia di deformazione. Fenomeni dello snervamento e dell’incrudimento. Strizione. Misura delle sollecitazioni e degli allungamenti notevoli. Confronto tra diagramma reale e ingegneristico.
    Prove di durezza. Definizione della durezza e regole generali. Prova di durezza Brinell, Vickers e Rockvell. Prova Poldi e prova di microdurezza. Legame fra durezza e resistenza per gli acciai.
    Prove dinamiche. Prova di resilienza e definizione di tenacità. Pendolo Charpy, tipi di provette. Prova di fatica. Spettri e modalità di carico. Costruzione delle curve di Whöler e Height. Definizioni del carico limite di fatica.

    Diagrammi di stato
    Solubilità allo stato solido e liquido. Legge delle fasi o di Gibbs, passaggi di stato liquido-solido. Soluzioni sostituzionali e interstiziali. Influenza della temperatura sui limiti di solubilità. Trasformazioni adiffusionali. Legame fra struttura e proprietà. Soluzioni sovrassature. Composti intermetallici. Diagrammi di stato a completa miscibilità; Regola della leva. Diagrammi di stato a completa imiscibilità ed a miscibilità parziale, con formazione di eutettico. Eutettico, Eutettoide e Reazione Peritettica. Diagramma di stato Ferro-Cementite.

    Trattamenti termici dei materiali metallici.
    Tempra di soluzione. Trattamenti termici delle leghe leggere (tempra ed invecchiamento). Proprietà meccaniche in funzione del trattamento subito. Variazione delle strutture cristalline durante l'invecchiamento, effetto tempo-temperatura.
    Tempra martensitica. Diagramma di stato ferro cementite. Strutture di non equilibrio degli acciai.Trattamenti termici degli acciai, diagrammi TTT (IT e CCT).
    Temprabilità degli acciai: prova Jominy, temprabilità Grossmann, effetto della percentuale di carbonio e della percentuale di elementi di alligazione.
    Classificazione dei trattamenti termici: processo, scopo e caratteristiche finali del prodotto.

    Trattamenti termici superficiali
    Tempra superficiale (fiammatura, tempra ad induzione, tempra laser) e carbocementazione (in fase solida, liquida e gassosa).

    Classificazione degli acciai secondo le proprietà, la composizione chimica, l'applicazione. Acciai
    inossidabili.
    Classificazione delle leghe d’alluminio (serie da 1000 a 8000).

    English

    Teaching language

    Italian

    Contents

    Atomic structure in metals and alloy. Solidification, crystalline defects and their interactions.
    Phase diagrams (8 h).
    Thermally activated processes and diffusion in solids . Heat treatments. Effect of structure and heat treatments on metals and alloy properties (8 h).
    Engineering alloys, Mechanical properties of metals and characterisation tests (8 h).

    Textbook

    Slides showed at the lessons, available on the teacher's website.
    W. F. Smith e J. Hashemi, Scienza e Tecnologia dei materiali, Ed. McGraw Hill.

    Training objectives

    The course has the following goals:
    Provide knowledge and skills on metal alloys, their properties and applications in relation to structures and treatments.
    Know how to perform and interpret a mechanical test.
    Know the mechanical behavior of metallic materials and the failure phenomena during operation.
    Select the right processes to give the desired properties to a metal alloy.
    Select the appropriate test methods to confer the desired properties and to verify the outcome of technological processes.

    Prerequisite

    MECHANICAL TECHNOLOGY

    Teaching methods

    Lectures.
    Visits at companies or laboratories

    Evaluation methods

    Written and oral examination.
    The written test lasts about 100 minutes. During the test it is not allowed to use educational material.
    Both tests are intended to ascertain the knowledge acquired by the student, the ability to describe and understand the topics of study. The ability to draw conclusions and solve problems.
    The written test is mandatary for the oral examination and is considered passed with no less than 18/30.

    Course Syllabus

    Introduction to materials behaviors.
    The structure of metals. Types of atomic bonds. The crystal structure of metals, deformation and strength of single crystals, grains and grain boundaries, plastic deformation of polycrystalline metals. Recovery, recrystallization, and grain growth. Cold, warm, and hot working.

    Mechanical behaviour of metals and testing.
    Tensile test. Sample geometry, Stress-Strain curve. Measure of Young modulus, Yield Strength and Tensile Strength. Hardness tests: Brinell, Vickers and Rockvell tests. Overviews on impact test (Charpy), creep test and fatigue test (Whöler-Height curves).

    Phase Diagrams
    Cooling of pure metals and alloys. Gibbs law. Solid solution. Effect of temperature on the solubility. Intermediate phases. Binary phase diagram for complete, partial and incomplete solubility. Eutectic, eutectoid and peritettic reaction. Phase diagram for iron–carbon system.

    Trattamenti termici dei materiali metallici.
    Heat Treatment of nonferrous alloys: solution hardening and aging. Heat treatment of ferrous alloys, hardenability of ferrous alloys, TTT curves (IT and CCT). Jominy and Grossmann test. Effect of carbon and elements on the hardenability. Case Hardening and annealing. Surface heat treatment (methods and equipments). Heat treatment classification.

    Steels and aluminium alloys classification

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