TECNOLOGIE DI CHIMICA APPLICATA
cod. 07858

Anno accademico 2013/14
2° anno di corso - Primo semestre
Docente
Settore scientifico disciplinare
Scienza e tecnologia dei materiali (ING-IND/22)
Field
Ingegneria dei materiali
Tipologia attività formativa
Caratterizzante
42 ore
di attività frontali
6 crediti
sede: PARMA
insegnamento
in - - -

Obiettivi formativi

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 meccanica; avrà una panoramica completa dei materiali metallici e sarà in grado di correlare le caratteristiche strutturali, le proprietà chimiche e chimico-fisiche con quelle meccaniche, termiche e di lavorabilità.
Avrà una conoscenza di base anche su materiali polimerici e compositi.

Capaicitaà di applicare conoscenze e comprensione:

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 modificarne 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 del comportamento meccanico di un materiale per prevederne il comportamento in esercizio, così come la capacità di valutare le condizioni più opportune per l’utilizzo del materiale stesso.

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:

Lo studente dovrebbe aver maturato le conoscenze e competenze di base della disciplina per affrontare, in futuro, un approfondimento autonomo di tali aspetti.

Prerequisiti

E' vivamente consigliato di avere sostenuto l'esame di Chimica

Contenuti dell'insegnamento

Stato cristallino e amorfo dei materiali. Metalli, materiali ceramici, polimeri, materiali compositi. Proprietà meccan. e termiche, elettr. e prove per la loro caratterizz. Strutture cristalline dei metalli. Soluzioni solide. Difetti nei cristalli e deform. plastica. Ghise e acciai. Equilibri eterogenei. Diagrammi di stato, loro interpr. ed impiego. Diagramma delle fasi del sistema ferro-cementite. Tratt. termici degli acciai. Acciai basso legati e inossidabili. Ghise bianche e grige, malleabili e sferoidali. Normativa per la classific. e la codifica dei materiali metallici.
Caratteristiche e prepar. di rame, alluminio e loro principali leghe. Leghe di magnesio, titanio e nichelio. Corrosione elettrochimica. Corrosione per eterogeneità della fase solida, per vaiolatura, intergranulare, tensocorrosione. Corrosione secca. Strati di ossidi protettivi. Protezione dalla corrosione. Materiali polimerici. Materie plastiche: processi industriali di polimerizzazione. Preparazione delle resine di base. Additivi. Formatura per stampaggio, estrusione, calandratura, sinterizzazione. Comportamento al calore. Principali tipi di resine termoplastiche e termoindurenti e loro applicazioni.

Programma esteso

Proprietà dei materiali metallici, polimerici, ceramici in relazione alla struttura e ai tipi di legame. Cenni sui materiali compositi. Reticolo spaziale e cella elementare. Reticoli dei metalli. Strutture cubiche ed esagonale. Solidificazione. Materiali policristallini. Grani e bordi del grano. Tipi di struttura dei grani equiassici e colonnari. Soluzioni solide. Difetti nei cristalli: di punto, di linea (dislocazioni) e di superficie. Proprietà meccaniche: prova di resistenza a trazione, sforzi e deformazioni nominali, grafico sforzo/deformazione, modulo elastico, di taglio e di Poisson. Allungamento e strizione. Sforzo e deformazioni reali. Durezza e prove di durezza. Significato della deformazione plastica. Meccanismi di rafforzamento. Incrudimento. Controllo della dimensione del grano. Rafforzamento per soluzione solida. Frattura duttile e fragile. Tenacità e prova di resilienza; temperatura di transizione duttile-fragile. Comportamento a fatica e prova di fatica, scorrimento viscoso o creep. Proprietà termiche: dilatazione e conducibilità. Proprietà elettriche: conducibilità e costante dielettrica.
Cenni su processi pirometallurgici ed elettrometallurgici di estrazione di metalli. Preparazione della ghisa e dell’acciaio.
Diagrammi di stato a due componenti: miscibilità completa allo stato liquido e solido, miscibilità completa allo stato liquido e immiscibilità allo stato solido. Eutettico. Diagrammi di miscibilità parziale allo stato solido. Regola della leva con esercizi. Punto di fusione incongruente. Temperatura peritettica. Esercizi sui diagrammi di stato. Diagramma di stato ferro-cementite. Punti notevoli. Perlite e ledeburite. Trasformazioni durante il raffreddamento per acciai eutettoidico, ipo- ed iper-eutettoidico. Acciai ed influenza degli elementi di lega sull'eutettoide.
Trattamenti termici degli acciai. Curve del Bain. Diagrammi di trasformazione isotermica (curve TTT) e con raffreddamento continuo (curve CCT). Tempra, rinvenimento, ricottura, normalizzazione. Indurimento superficiale degli acciai: tempra superficiale, carbocementazione e nitrurazione. Acciai al carbonio e basso legati. Acciai legati: inossidabili e da utensili. Classificazione AISI e UNI degli acciai. Ghise bianche e grige, malleabili e sferoidali. Metallurgia del rame: processi pirometallurgici da minerali solforati. Raffinazione del rame. Ottoni e bronzi. Classificazione delle leghe di rame. Alluminio: preparazione e raffinazione. Leghe di alluminio per deformazione plastica e leghe per getti. Classificazione delle leghe di alluminio. Leghe di magnesio e loro classificazione. Leghe di titanio e di nichel.

Corrosione elettrochimica, diagramma di Pourbaix, corrosione per formazione di celle galvaniche di concentrazione, celle di concentrazione di ossigeno. Passivazione. Corrosione per contatto galvanico, corrosione per vaiolatura, corrosione intergranulare, corrosione sotto sforzo. Corrosione secca. Strati di ossidi protettivi. Protezione dalla corrosione: scelta dei materiali, rivestimenti, progettazione, protezione catodica.

Materiali polimerici: materie plastiche (termoplastiche e termoindurenti), elastomeri. Polimerizzazione per addizione e policondensazione. Omopolimeri e copolimeri. Metodi industriali di polimerizzazione. Stereoisomeria nei materiali termoplastici. Lavorazione dei materiali polimerici: stampaggio, estrusione, calandratura, sinterizzazione. Additivi. Polietilene, polipropilene, polistirene, polivinilcloruro, teflon. Resine acriliche (PAN, PMMA). Processi di policondensazione. Poliammidi (nylon), poliarammidi (kevlar). Resine poliestere sature (PET, PBT) e insature. Elastomeri

Bibliografia

Testo consigliato:
W. F. SMITH, J. HASHEMI "Scienza e Tecnologia dei Materiali" Ed. McGraw-Hill, 2012.
C. BRISI, “Chimica Applicata”, Edizioni Levrotto e Bella, Torino, III Ed., 1997

Testi di approfondimento:
A. CIGADA, T. PASTORE “Struttura e proprietà dei materiali metallici” Ed. McGraw-Hill, 2012.

Ulteriore materiale didattico a disposizione presso il centro documentazione

Metodi didattici

Il corso si articola in una serie di lezione frontali avvalendosi della proiezione di lucidi.

Modalità verifica apprendimento

La verifica della preparazione consiste in una prova orale

La verifica è così pesata:
75%
Domande teoriche
Proprietà di esposizione

25%
Esercizi (diagrammi di stato)

Altre informazioni

E’ vivamente consigliata la frequenza del corso.