67065 - METALLURGIA CON LABORATORIO

Scheda insegnamento

  • Docente Angelo Casagrande

  • Crediti formativi 8

  • SSD ING-IND/21

  • Modalità di erogazione In presenza (Convenzionale)

  • Lingua di insegnamento Italiano

  • Orario delle lezioni dal 19/02/2018 al 31/05/2018

Anno Accademico 2017/2018

Conoscenze e abilità da conseguire

Alla fine del corso lo studente ha acquisito conoscenze sul comportamento in esercizio delle principali leghe metalliche, loro fabbricazione, criteri di scelta e di utilizzo, tecniche analitiche di riconoscimento di microstrutture e controllo delle proprietà meccaniche nonché conoscenze sui fenomeni di degrado in esercizio e sulle modalità di protezione.

Programma/Contenuti

Prerequisiti necessari richiesti

Funzioni elementari: potenze, radici, esponenziali, logaritmi, derivate. Soluzione di equazioni algebriche. Conoscenze di base del calcolo differenziale. (Attività formativa: Matematica con esercitazioni)

Conoscenza delle principali grandezze fisiche e meccaniche e delle relazioni che le legano; principali unità di misura nelle reazioni chimiche, negli scambi termici e nelle energie di legame. Unità di misura, conversioni nei sistemi internazionali e significato fisico delle principali grandezze meccaniche. Ottica geometrica. (Attività formativa: Fisica con esercitazioni)

Reazioni chimiche e loro bilanciamento. Descrizione dello stato atomico, natura del legame chimico. Principali strutture cristalline. (Attività formativa: Chimica generale).

Principi di Termodinamica e diagrammi di stato di equilibrio. (Attività formativa: Chimica Fisica)

Programma

Siderurgia estrattiva del Ferro e del Rame. Riduzione diretta ed indiretta degli ossidi di ferro.

Marcia all’altoforno ed al forno elettrico. Principali reazioni in forno e fuori forno. Conversione della ghisa grezza in acciaio e relative reazioni di ossidazione. Colata e correzione chimica per i vari tipi di acciaio.

Meccanismi di deformazione nei metalli e nelle leghe metalliche: Scorrimento e Geminazione; Deformazione Elasto-Plastica; Deformazione nei monocristalli; Richiami alla teoria delle dislocazioni; Dislocazioni in strutture CFC, CCC ed esagonale compatto; Energia di Stacking Faults, bande di scorrimento ed incrudimento nel monocristallo; Interazioni tra dislocazioni, sorgenti e moltiplicazione delle dislocazioni; Deformazione nei policristalli; Effetto Bauschinger; Anelasticità: attrito interno nei metalli e meccanismi.

Meccanismi di rinforzo: Rinforzo da bordi di grano, snervamento ed invecchiamento, incrudimento, rinforzo per soluzione solida; deformazione di due fasi aggregate; rinforzo da particelle fini disperse; rinforzo da difetti di punto; rinforzo da trattamento termico: tempra e rinvenimento e trattamenti termici di interesse industriale, rinforzo per orientazione preferenziale e per ricristallizzazione.

Comportamento in esercizio delle leghe metalliche:

La Frattura

Meccanismi di frattura: Duttile, fragile (transgranulare ed intergranulare).

Infragilimento da trattamento termico non corretto. Frattura per fatica: principi fondamentali, fatica senza intaglio e con intaglio. Accrescimento della cricca: Griffth e Irwin-Orwan, Fattore di intensificazione degli sforzi KIC : significato; effetto delle variabili metallurgiche; Meccanismi di fatica

Fatica termica

Controllo del meccanismo di propagazione di una cricca per fatica; Stima del tempo di vita di un componente metallico in esercizio secondo i criteri della Meccanica della frattura lineare elastica; confronto con la meccanica classica; Accorgimenti metallurgici per migliorare il comportamento a fatica; Corrosione sotto tensione.

Comportamento ad alta temperatura:

il creep (scorrimento viscoso):

Introduzione al problema;La curva di Creep e l’influenza della struttura cristallina; interpretazione dei vari stadi in una curva deformazione-tempo Meccanismi di deformazione ad alta, media e bassa temperatura; Cedimento e morfologie di cedimento ad alta temperatura, meccanismi proposti; Parametri di controllo per lo scorrimento viscoso: limite degli acciai e Leghe idonee per impieghi ad alta temperatura.

Caratterizzazione meccanica in condizioni statiche e dinamiche:

La resistenza a trazione: curve sforzo-deformazione reali; Misure di durezza; Significato del KIC , fattore di intensificazione degli sforzi; confronto resistenza teorica resistenza reale: stato difettivo.

Comportamento a bassa temperatura:

La resilienza nel metallo; misure Charpy con pendolo strumentato; Significato della temperatura di transizione e fattori metallurgici che la influenzano; scelta delle leghe idonee.

Classificazione degli acciai:

Secondo le norme UNI EN, classificate in funzione dell impiego e della composizione chimica ; Acciai da costruzione di uso generale; Acciai speciali da costruzione e da trattamento termico; Acciai per utensili; Acciai Inox, Acciai per alta e bassa temperatura.

Le ghise:

Produzione, classificazione e tipi di ghisa, struttura e proprietà meccaniche delle ghise e relativi impieghi.

Leghe non ferrose:

Il Rame e le sue leghe; Ottoni e Bronzi; Alluminio e le sue leghe; Leghe di Al da deformazione plastica; Leghe di Al da fonderia; leghe termicamente trattabili (T.T. di tempra di soluzione e condizioni a contorno) e non termicamente trattabili. Titanio e le sue leghe; Magnesio e le sue leghe.

Programma di Laboratorio:

Ricristallizzazione : relazione tra tasso di incrudimento e temperatura di ricristallizzazione ricavata alla DTA;

Interpretazione dei meccanismi di frattura su leghe metalliche con il Microscopio Elettronico;

Analisi chimiche con microsonda EDS su metalli, leghe, compositi e ceramici;

Trattamento superficiale di carbocementazione; proprietà e strutture; profilo di microdurezza;

effetti microstrutturali di Infragilimento da rinvenimento e di decarburazione su acciai termicamente trattati;

TGA e DTA su leghe ferrose e non;

Interpretazione di spettri charpy; misure di resilienza;

Trattamento termico di bonifica; verifica delle proprietà meccaniche con indentatore

Misure del modulo elastico con tecnica ad ultrasuoni su metalli, leghe, compositi e ceramici;

Forme di corrosione su acciai inox: sensibilizzazione; interpretazioni al microscopio ottico;

Misure dilatometriche ad alta temperatura su metalli e ceramici.

esercitazioni di laboratorio con utilizzo di microscopi ottici ed elettronici, misuratori di durezza, DSC ed ultrasuoni per modulo elastico.

Testi/Bibliografia

Metallurgia ( G.M.Paulucci) vol.n° 1, 2 and 3

Metallurgia (A.Cigada G.Re) vol. n° 2

Metallurgia (Dany Sinigaglia) vol. n°1

Metodi didattici

 lezioni in aula  con ausilio di dispense ed appunti.

esercitazioni di laboratorio con utilizzo di microscopi ottici ed elettronici, misuratori di durezza, DSC ed ultrasuoni per modulo elastico.

Modalità di verifica dell'apprendimento

La prova d’esame, mira a verificare il raggiungimento dei seguenti obiettivi didattici:

-Conoscenza della metallurgia estrattiva e relative problematiche

- Conoscenza delle proprietà chimiche, fisiche, meccaniche e tecnologiche dei materiali metallici e delle leghe in generale in relazione alla loro micro- e macro-struttura;

- Conoscenza e capacità di lettura dei diagrammi di stato per materiali metallici, le trasformazioni di fase tempo/ temperatura nei trattamenti termici di interesse industriale;

- Conoscenza e capacità di interpretare i meccanismi di deformazione e cedimento meccanico di leghe metalliche ad alta, bassa e temperatura ambiente;

- Conoscenza delle principali tecniche strumentali di caratterizzazione della microstruttura e delle più significative proprietà meccaniche;

Operare criteri di scelta delle leghe più performanti nelle particolari condizioni di impiego.

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso una unica prova finale non strutturata da sostenere dopo il termine del corso. La valutazione in 30/30 si articola e tiene conto sia della parte istituzionale e sia del contributo di laboratorio, previa presentazione, per quest’ultimo, di relazioni scritte delle esperienze condotte, una settimana prima della prova finale. Per sostenere le prova d’esame è necessaria l’iscrizione tramite “Alma esami” nel rispetto inderogabile delle scadenze previste.

Strumenti a supporto della didattica

Videoproiettore e PC, lavagna tradizionale, appunti e dispense. Laboratorio didattico (attrezzatura per preparazione all'analisi microstrutturale; microscopi stereoscopici ed ottici con analizzatore di immagine; microdurometro; attrezzatura per prove di trazione) e accesso a laboratori di ricerca del CdS e del CNR.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Angelo Casagrande