ITALIANO

Il corso affronterà i temi inerenti alle caratteristiche dei materiali metallici, le tecnologie di fabbricazione fondamentali, la loro influenza sulle caratteristiche del prodotto in termini di proprietà e difetti. Per questi ultimi verranno illustrate le cause ed i rimedi. In particolare, il corso affronterà i seguenti temi: 1. STRUTTURA DEI MATERIALI METALLICI (4 h). Tipi di reticoli cristallini. Difetti 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. 2. TRATTAMENTI TERMICI (8 h). Tempra di solubilizzazione e invecchiamento, tempra martensitica e rinvenimento. Altri trattamenti termici e termo-chimici. Classificazione dei trattamenti termici. Temprabilità degli acciai. 3. 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, prova di resilienza. Cenni sulle prove di fatica e di scorrimento. 4. PROCESSI DI FONDERIA (16 h). Fusione e solidificazione, meccanismi di solidificazione ideali e reali. Difetti dei prodotti di fonderia. Fonderia in forma transitorie e permanente. Processi di fonderia in terra, fonderia con modello transitorio (in sabbia, polistirolo, a cera persa). Fonderia in conchiglia, per gravità, pressofusione e iniettofusione, squeeze casting, colata centrifuga. 5. LAVORAZIONI PER DEFORMAZIONE PLASTICA (16 h). Principi delle lavorazioni per deformazione plastica, criteri di plasticità, calcolo di forze, lavoro e potenza nei processi di deformazione plastica. 6. PROCESSI DI DEFORMAZIONE PLASTICA Laminazione, Trafilatura, Estrusione, Forgiatura e Stampaggio. 7. TAGLIO DEI METALLI (16 h). Meccanismi di formazione del truciolo, influenza dei parametri di taglio sulla formazione del truciolo, materiali per utensili, meccanismi di usura e durata degli utensili. Ottimizzazione dei parametri di lavorazione. Generalità sui processi di Tornitura e Fresatura.

Lucidi delle lezioni, reperibili sul sito del Docente. Testi consigliati: S. Kalpakjian e S.R. Schmid, Tecnologia Meccanica, Ed. Pearson-Prentice Hall. M.P. Groover, Tecnologia Meccanica, Ed. CittàStudi. F. Gabrielli, R. Ippolito, F. Micari, Analisi e tecnologie delle lavorazioni meccaniche, Ed. McGraw-Hill.

Gli obiettivi formativi sono declinabili attraverso i c.d. “descrittori di Dublino”: Conoscenza e capacità di comprensione Il corso si propone i seguenti obiettivi: Fornire conoscenze e competenze sulle leghe metalliche, le loro proprietà e le applicazioni in relazione alle strutture e ai trattamenti. Fornire conoscenze sui processi di produzione e di lavorazione dei metalli, le tecniche disponibili, i difetti derivanti dalla specifica tecnica, le loro cause e rimedi. Conoscere i fenomeni che presiedono alla solidificazione di un getto di fonderia, i legami fra i parametri tecnologici e le proprietà di un manufatto, i vincoli connessi alle tecnologie di fabbricazione relative. Conoscere i fenomeni che intervengono nei processi di deformazione plastica e di asportazione di truciolo in un metallo ed il loro effetto sulle proprietà del materiale. Capacità di applicare conoscenza e comprensione Lo studente deve essere in grado di 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. Essere in grado di progettare forme di geometria semplice per getti. Calcolare con relazioni semplificate forze ed energie per la deformazione plastica e l’asportazione di truciolo. Comprendere e riconoscere l’origine dei difetti in manufatti. Autonomia di giudizio Lo studente deve essere in grado di formulare un giudizio critico su quale sia la migliore tecnica di produzione/lavorazione per lo specifico componente affrontato. In relazione anche all’impatto tecnico ed economico che ne deriva. Abilità comunicative Lo studente deve essere in grado di illustrare con adeguata proprietà di linguaggio tecnico i fondamenti teorici e applicativi relativi ai metodi di produzione/lavorazione per un determinato componente. Deve altresì argomentare i collegamenti logici tra diversi argomenti/problemi, utilizzando un linguaggio tecnico proprio della materia. Capacità di apprendimento A conclusione del corso lo studente deve disporre di tutti gli strumenti utili per proseguire in modo autonomo, adottando un approccio critico, lo studio delle evoluzioni della materia, anche mediante continui aggiornamenti tecnici e normativi.

Analisi matematica II; Fisica.

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

Esame orale. L'esame consiste in circa quattro domande sugli argomenti trattati nel corso. Ulteriori chiarimenti sulle domande potranno essere richiesti durante la discussione. La prova si prefigge lo scopo di accertare le conoscenze acquisite dallo studente, le capacità di saper descrivere, utilizzando un linguaggio tecnico, e comprendere gli argomenti di studio. La capacità di trarre conclusioni e di risolvere problemi. Il voto finale è ottenuto dalla somma dei giudizi relativi alle varie domande, ed è funzione della preparazione e della proprietà di linguaggio dello studente esibite durante la verifica.

I lucidi illustrati durante le lezioni sono disponibili sul sito del Docente ed, eventualmente, nel Teams del corso. Per gli iscritti al corso di Ingegneria Aeronautica, Meccanica, Energetica, Curriculum Meccanica, il corso è diviso nei due esami: - TECNOLOGIA MECCANICA (APPROFONDIMENTO) [A14109], corso a scelta dello studente (TAF D) da 3CFU (24 ore di didattica frontale) che comprende i contenuti descritti ai punti 1, 2 e 3. - TECNOLOGIA MECCANICA [A14095] da 6CFU (48 ore di didattica frontale) che comprende i contenuti descritti ai punti 4, 5, 6 e 7.

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 Rockwell. 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 immiscibilità 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). Processi di fonderia. Introduzione alla fonderia. Meccanismi di solidificazione dei materiali metallici. Scambio termico, solidificazione di un metallo puro e di una lega, effetto della velocità di raffreddamento. Difetti nei getti di fonderia, cause e rimedi. Criteri di progettazione di un getto. Fonderia in terra, principi generali, attrezzature, le caratteristiche del processo, caratteristiche tipiche dei prodotti. Processi di fonderia in conchiglia, Colata per gravità. Principi generali, attrezzature, caratteristiche del processo, caratteristiche tipiche dei prodotti. Processi di fonderia in conchiglia, Iniettofusione, Pressofusione, Squeeze Casting, Fonderia a cera persa e fonderia centrifuga. Principi generali, attrezzature, caratteristiche del processo, caratteristiche tipiche dei prodotti. Introduzione ai processi di deformazione plastica. Principi delle lavorazioni per deformazione plastica. Diagramma sigma-epsilon ingegneristico e vero. Lavorazioni a caldo e a freddo. Calcolo del lavoro parallelepipedo. Rendimento della lavorazione, effetto dell’attrito e lavoro reale. Lavoro per attrito e lavoro compiuto per deformazione non parallelepipeda. Criterio di Tresca e cerchi di Mohr. Metodo dell'elemento sottile (Slab) per il calcolo dell'energia specifica di deformazione. Metodo semplificato e metodo esatto. Processi di deformazione plastica. Laminazione: Generalità sul processo, condizioni di imbocco spontaneo, massima riduzione e sua dipendenza dai parametri di lavorazione, calcolo della forza, della coppia e della potenza. Apparecchiature ed impianti, gabbie di laminazione. Produzione di tubi saldati e non (laminatoio Mannesman e a passo del pellegrino). Trafilatura: Generalità, sollecitazioni durante la trafilatura, ottimizzazione dell’angolo di trafila, massima riduzione, calcolo della forza e dell’energia, fenomeno dell’incrudimento e sua influenza nel processo, difetti, apparecchiature ed impianti. Estrusione: Generalità sull’estrusione, estrusione diretta, inversa, idrostatica, mista e per urto, sollecitazioni, difetti nei prodotti estrusi, angolo della matrice, difetti. Fucinatura e stampaggio: Generalità sul processo, determinazione delle forze di stampaggio. Generalità sulla progettazione degli stampi e delle forme, progettazione del canale di bava. Difetti nei prodotti stampati. Introduzione ai processi di taglio. Generalità sul taglio. Meccanica della formazione del truciolo e morfologia del truciolo. Forze nel taglio ortogonale e determinazione dell'angolo di scorrimento. Influenza della geometria dell'utensile sui meccanismi di taglio e sulle sollecitazioni. Aspetti termici nel taglio, fluidi lubrorefrigeranti e loro uso. Gli utensili. Materiali per utensili, caratteristiche richieste, effetto della velocità e della temperatura. Utensili in acciaio, HSS ed in lega fusa. Utensili in carburo sinterizzato (metodo di produzione dell'utensile), utensili ceramici, utensili in diamante e Nitruro Cubico di Boro. Rivestimenti per utensili. Usura degli utensili: Meccanismi di usura degli utensili. Effetto della velocità e delle condizioni di processo. Definizione degli indicatori di usura. Effetto dei parametri di processo sulla durata dell'utensile. Legge del Taylor generalizzata. Ottimizzazione della velocità di taglio: costo minimo; tempo minimo. Le macchine. Torni e utensili da tornio. Architettura delle macchine e geometrie degli utensili. Definizione dei parametri di processo in tornitura. Operazioni eseguibili, esempi di macchine. Fresatrici ed utensili da fresatura. Architettura delle macchine e geometrie degli utensili. Operazioni eseguibili. Definizione dei parametri di processo in fresatura. Fresatura in concordanza e discordanza, esempi di macchine.

Italian

The course will address topics related to the characteristics of metallic materials, the fundamental manufacturing technologies, and their influence on product properties and defects. The causes of such defects, as well as possible remedies, will be illustrated. Specifically, the course will cover the following topics: 1. ATOMIC STRUCTURE IN METALS AND ALLOY (4 h) Solidification, crystalline defects and their interactions. 2. 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). 3. ENGINEERING ALLOYS Mechanical properties of metals and characterization tests (8 h). 4. FUNDAMENTALS OF METAL CASTING (16h). Overview of casting technology. Solidification and cooling. Defect and methods to control/avoid the defects, foundry practice. Product design considerations. METAL CASTING PROCESSES: sand casting, permanent-mould casting processes, wax casting, foam casting, centrifugal casting. 5. FUNDAMENTALS OF METAL FORMING (16 h). Overview of metal forming. Material behavior in metal forming. Effect of temperature in metal forming. 6. BULK DEFORMATION PROCESSES Rolling, forging, extrusion, wire and bar drawing. 7. METAL MACHINING (16 h). Overview of machining technology. Theory of chip formation in metal machining. Force relationships and the merchant equation. Power and energy relationships in machining tools materials. Tool materials and tool wear mechanisms. Turning and milling operations.

Slides showed at the lessons, available on the teacher's website. Recommended Books: Serope Kalpakjian, Manufacturing Engineering & Technology, Pearson College Div. M.P. Groover, Introduction to Manufacturing Processes, Wiley

Knowledge and Understanding The course sets out the following objectives: To provide knowledge and skills regarding metallic alloys, their properties, and applications in relation to their microstructures and treatments. To offer insights into metal production and processing techniques, the available technologies, defects arising from specific processes, their causes, and possible remedies. To understand the phenomena governing the solidification of castings, the relationships between technological parameters and the properties of the final product, and the constraints associated with relevant manufacturing technologies. To understand the phenomena involved in plastic deformation and chip removal processes in metals, and their effects on material properties. Ability to Apply Knowledge and Understanding Students should be able to interpret the results of mechanical characterisation tests, understand the mechanical behaviour of metallic materials, and identify failure mechanisms during service. They should be able to analyse test results, selecting appropriate processes to impart desired properties to a metallic alloy, and choosing suitable testing methodologies to assess the outcomes of technological processes. Students should be able to design simple geometries for cast components, calculate—using simplified formulas—the forces and energy required for plastic deformation and chip removal, and recognise the origin of defects in manufactured parts. Independent Judgment Students should be able to formulate a critical judgment on the most suitable production or processing technique for a specific component, considering both technical and economic implications. Communication Skills Students should be able to clearly explain, using appropriate technical language, the theoretical and practical foundations of production and processing methods for a given component. They should also be able to articulate logical connections between different topics and problems, using terminology specific to the discipline. Learning Skills By the end of the course, students should possess all the necessary tools to independently continue studying the evolution of the subject, adopting a critical approach and staying up to date through ongoing technical and Standard evolution.

Analisi matematica II; Fisica.

Lectures. Visits at companies or laboratories

Oral examination. The exam consists of approximately four questions concerning the course content. During the discussion, candidates may request clarification regarding the questions presented. The test is intended to ascertain the knowledge acquired by the student, the ability to describe, by adopting a technical language, and understand the topics of study. The ability to draw conclusions and solve problems. The final mark is determined by the sum of the evaluations assigned to each question, and reflects the student’s level of preparation and command of language demonstrated during the examination.

The slides shown at the lessons are available on the Teacher's Website and, potentially, on the course’s Teams. For students enrolled in the course of Aeronautical, Mechanical, Energy Engineering, - Mechanics Curriculum, the course is divided into two exams: - TECNOLOGIA MECCANICA (APPROFONDIMENTO) [A14109], 3CFU (24h), which includes the contents described in points 1, 2 and 3. - TECNOLOGIA MECCANICA [A14095], 6CFU (48h), which includes the contents described in points 4, 5, 6 and 7.

Introduction to materials behaviours. 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 Rockwell 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 peritectic reaction. Phase diagram for iron–carbon system. Heat treatments of metals. 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 equipment). Heat treatment classification. Steels and aluminium alloys classification Metal-casting Processes and Equipment. Introduction on foundry process. Fundamentals of Metal Casting, Solidification of Metals, Heat Transfer, Cooling and Defects. Rapid Solidification. Design Considerations in Casting. Metal-casting Processes, Equipment and product characteristics for the following techniques: sand casting, wax casting, foam casting, centrifugal casting, die casting. Casting Techniques for Single-crystal. Introduction on plastic deformation process. Principles of plastic deformation processing. True sigma-epsilon diagram. Hot and cold working. Calculation of the parallelepiped work. Machining efficiency. Effects of friction and real work. Work due to friction and by non-parallelepiped deformation. Tresca criterion of plasticity and Mohr circles. Thin element method (Slab) for the calculation of the specific strain energy. Simplified method and exact method. Forming and Shaping Processes and Equipment. Metal-rolling Processes and Equipment. Metal-forging Processes and Equipment, Open-die Forging, Impression-die and Closed-die Forging, Various Forging Operations, Forging Defects, Die Design, Die Materials, and Lubrication. Metal Extrusion and Drawing Processes and Equipment. The Extrusion Process, Extrusion Defects, Design Considerations, Extrusion Equipment. The Drawing Process, Drawing Practice, Drawing Defects and Residual Stresses, Drawing Equipment. Machining Processes and Machine Tools Introduction on machining process. Fundamentals of Machining, Mechanics of Cutting, Cutting Forces and Power, Temperatures in Cutting, Tool Life: Wear and Failure. Cutting-tool Materials and Cutting Fluids. The Turning Process, Lathes and Lathe Operations. Machining Processes: Milling and Milling Machines. Overview on Machining Centres, Machine-tool Structures, and Machining Economics.