Questo Corso vi aiuterà:
TecMat: Chimica Applicata all’Ambiente e Tecnologia dei
MaterialiObiettivo del Corso...
Introdurre i concetti fondamentali di TecMat
Imparerete a conoscere:• la struttura dei materiali• come la struttura determina le proprietà• come le tecnologie di processazione possano modificare la struttura
• ad usare i materiali in maniera appropriata• realizzare nuove opportunità di progettazione
con i materiali
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Docenti: Prof. Ing. Andrea Lazzeri : Dott.ssa Maria-Beatrice Coltelli
Orario: Mercoledì 08:30 – 10:30 A28 Venerdì 15:30 – 18:30A13
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LEZIONI
Contatti:
• telefono: 050 2217807• email: [email protected]
• stanza 307
Dipartimento di Ingegneria Civile ed IndustrialeSezione Ingegneria Chimica e dei Materiali
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UFFICIO
Testi consigliato:
Altri testi:
• Scienza e Tecnologia dei Materiali - W.F. Smith, J. Hashemi, 4a ed., McGraw-Hill - 2012
• dispense dei docenti
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TESTI
• Il calcestruzzo. Materiali e Tecnologia - V.A. Rossetti, 3a ed. McGraw-Hill - 2007
L’esame finale è scritto e oraleLa prova prevede esercizi e domande di teoria. L’esame scritto non prevede consultazione di libri, appunti o altro materiale relativo al programma del corso.
Il tempo a disposizione per la prova è di 3 ore.
Verrà valutato un punteggio parziale per risposte numericamente errate ma supportate da un ragionamento corretto. Il punteggio assegnato alle domande ed esercizi è riportato in fondo al testo.
Per l’ammissione all’esame orale occorre ottenere un punteggio pari o superiore a 18, così distribuito: almeno 12 punti nella parte numerica (esercizi) ed almeno 6 in quella teorica (quesiti a risposta aperta e chiusa).
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ESAME FINALE
l’ingegnere progettista usa tradizionali modificati ai i materiali (tradizionali, modificati, nuovi) per progettare e creare nuovi prodotti e nuove strutture.
Ingegneri meccanici → materiali per alte temperature in grado di far lavoraremotori a più alte temperature, per innalzare il rendimento termico.
Ingegneri elettronici → materiali per dispositivi più veloci, in grado ditrasmettere o immagazzinare una maggiore quantità di dati e anche capacidi resistere a più elevate temperature.
Ingegneri aerospaziali → miglioramento del rapporto resistenza/peso.
Ingegneri chimici → materiali più resistenti alla corrosione.
Ingegneri civili/edili → materiali con proprietà strutturali e funzionali (materiali intelligenti), materiali più resistenti alla corrosione, con un migliore rapporto resistenza/peso, migliore durabilità del calcestruzzo.
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Approccio verso i materiali
Scelta di un materiale non può prescindere da tecnologia in uso,impatto ambientale, costo ed estetica
Criteri di scelta si fondano suproprietà dei materiali, relazioni tra struttura e proprietà. Tecnologie e metodi di lavorazione.
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Criteri di progettazione
Costo dei materiali deve essere proporzionato al livellotecnologico dell’applicazione
Il costo dei materiali dipende da:Domanda offertaCosto dell’energiaPurezza e qualitàRelazione costo/prestazioneAlligazioneDisponibilità delle risorseDipendenza da paesi fornitori
g
Costo dei materiali
g
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g
g
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g
g
g
g
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Figura 1.17 – Tendenze future nell’uso dei materiali
Materiali metallici -nuove leghe: a base di Ni per alte temperature,leggere per aeronautica;-nuove nuove tecnologie di produzione: pressatura
tecnologie di produzione: pressatura isostatica, monocristalli, crescita monodirezionale, solidificazione rapida.
Materie plastiche -riduzione del tasso di crescita dei consumi per le plastiche comuni;
-sviluppo delle plastiche strutturali e delle leghe polimeriche
- sviluppo delle plastiche biodegradabiliMateriali ceramici -riduzione del tasso di crescita dei consumi di ceramici
tradizionali; -forte sviluppo dei ceramici avanzati, sia per impieghi
strutturali che funzionali.Materiali compositi -forte tasso di crescita per i compositi a matrice polimerica
specialmente nel settore aeronautico;- progressiva introduzione nel mercato di compositi a
matrice metallica e ceramica
I materiali sono... Strutture ingegnerizzate...non scatole nere!
La struttura...ha molte dimensioni...
Caratteristiche strutturali Dimensioni (m)
Legame atomico
Atomi vacanti/extra
Cristalli (atomi ordinati)
Particelle di fase secondaria
Tessitura cristallina
< 10-10
10-10
10-8-10-1
10-8-10-4
> 10-6
1
CAPITOLO 1: SCIENZA E INGEGNERIA DEI MATERIALI
Es.: la durezza vs la struttura dell’acciaiol • Le proprietà dipendono dalla struttura
Es: la struttura vs la velocità di raffreddamento dell’acciaio
• Le tecnologie di lavorazione possono modificarela struttura
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Struttura, Tecnologie di lavorazione, e Proprietà
Cooling Rate (C/s)
100
200
300
400
500
600
0.01 0.1 1 10 100 1000
(a)
30m
(b)
30m
(d)
30m(c)
4m
Du
rezz
a (
BH
N)
1. Definita l’ApplicazioneSi determinanole Proprietà richieste
2. Proprietà Si identificano i Materiali candidati
3. Materiali Si identificano le Tecnologie di lavorazione richieste
Tecnologie di lavorazione: cambiano la struttura e la forma Es: colata, sinterizzazione, deposizione da fase vapore, dopaggio, forgiatura, saldatura, ricottura.
Proprietà: meccaniche, elettriche, termiche,magnetic, optical, deteriorative.
Materiali: struttura, composizione.
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Il Processo di Selezione dei Materiali
T (°C)-200 -100 0
Cu + 3.32 at%Ni
Cu + 2.16 at%Ni
deformed Cu + 1.12 at%Ni
1
2
3
4
5
6
Resi
stiv
ity,
(1
0-8
Oh
m-m
)
0
Cu + 1.12 at%Ni
“Pure” Cu
• Resistività Elettrica del Rame:
• Aggiungendo atomi di “impurezze” al Cu aumenta la resistività.
• Deformando il Cu aumenta la resistività. 4
PROPRIETA’ ELETTRICHE
• Piastrelle Space Shuttle: --L’isolamento con fibre di Silice permette una bassa conduzione termica.
• Conduttività Termica del Rame: --Diminuisce aggiungendo zinco!
Composition (wt%Zinc)Therm
al C
onduct
ivit
y
(W/m
-K)
400
300
200
100
00 10 20 30 40
5
100m
PROPRIETA’ TERMICHE
• Permeabilità magnetica vs. Composizione: --Aggiungendo 3% di Si atomico si rende il Fe un materiale per registrazione migliore!
Magnetic FieldMagneti
zati
on
Fe+3%Si
Fe
6
• Immagazzinamento Magnetico --Il mezzo di registrazione è magnetizzato dalla testa di registrazione.
PROPRIETA’ MAGNETICHE
• Trasmittanza: --L’ossido di alluminio (allumina) può essere transparente, traslucido, o opaco secondo la struttura del materiale.
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cristallo singolo
Materiale policristallino:bassa porosità
Materiale policristallino:alta porosità
PROPRIETA’ OTTICHE
• Le sollecitazioni meccaniche e le acque saline... --causano fessurazioni!
• Il trattamento termico: rallenta la velocità di propagazione di fessure in acque saline!
4mm
--materiale: ”lega” di Al 7150-T651 (Zn,Cu,Mg,Zr)
“held at 160C for 1hr before testing”
increasing loadcra
ck s
pe
ed
(m
/s)
“as-is”
10-10
10-8
Alloy 7178 tested in saturated aqueous NaCl solution at 23C
RESISTENZA ALLA CORROSIONE E AL DETERIORIORAMENTO
• Usare il materiale adatto allo scopo.
• Capire le relazioni tra proprietà, struttura, e tecnologie di lavorazione.
• Riconoscere le nuove opportunità di progettazione offerte dalla selezione dei materiali.
Gli scopi del corso:
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SOMMARIO
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