Dipartimento di Ingegneria e architettura Ingegneria aerospaziale Scienza e Tecnologia dei Materiali ( a scelta) IMAT-01/A (6 CFU) – (Ingegneria aerospaziale) Didattica erogata 2024-2025 – III anno

L’orario delle lezioni sarà pubblicato sul sito web di Ateneo.

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Obiettivo dell’insegnamento è fornire anzitutto le conoscenze fondamentali relative alla chimica di base e alla struttura della materia, necessarie alla comprensione e all’approfondimento degli aspetti scientifici e tecnologici legati ai materiali e al loro utilizzo nell’ingegneria aerospaziale, fornendo gli strumenti di base per potere correlare le caratteristiche chimiche e microstrutturali dei vari materiali in gioco con le loro proprietà macroscopiche e applicative, con particolare focus sul settore aerospaziale. Lo studente alla fine dell’insegnamento sarà quindi in grado di comprendere il legame tra struttura e proprietà dei materiali, con particolare riferimento alle problematiche relative ad applicazioni nel campo aerospaziale e meccanico, correlando fra di loro vari fattori in gioco ed analizzando il tutto in modo critico.

Elementi di chimica generale

Sistemi atomici: peso atomico e molecolare; concetto di mole; equazioni chimiche e calcoli

stechiometrici di base. Cenni di termodinamica ed equilibri: sistemi termodinamici; funzioni ed equazioni di stato; passaggi di stato; equilibri fisici e chimici; diagrammi di stato ad uno e due componenti indipendenti. Diagramma di stato delle sostanze pure, regola delle fasi di Gibbs, leghe binarie, solidificazione delle leghe in condizioni di non-equilibrio, trasformazioni invarianti, diagrammi di stato con fasi e composti intermedi, diagrammi di stato ternari (cenni). Struttura elettronica degli atomi: modelli atomici e principi fondamentali, orbitali, configurazione elettronica degli elementi e proprietà periodiche. Legame chimico: Legame ionico e covalente; orbitali molecolari; legame delocalizzato, dativo, a idrogeno, metallico; legami secondari. Stato solido: solidi amorfi e cristallini, transizioni nei solidi. Le soluzioni (elementi): generalità, solubilità, proprietà colligative, equilibri in soluzione acquosa; acidi e basi. Elementi di elettrochimica: numero di ossidazione, reazioni di ossido-riduzione, pile (cenni). Cenni di cinetica: ordine cinetico, equazioni cinetiche ed energia di attivazione; processi attivati termicamente e velocità nei solidi. Cenni di chimica descrittiva e chimica organica: la tavola periodica (descrizione, gruppi e periodi, classificazioni); idruri e ossidi; idrocarburi, reazioni di combustione, prodotti e composti di sostituzione, derivati funzionali.

Struttura della materia

Reticolo spaziale e celle elementari. Sistemi cristallini e reticoli di Bravais. Principali strutture cristalline nei metalli. Celle elementari cubiche ed esagonali. Piani cristallografici e direzioni. Allotropia. Analisi della struttura cristallina. Materiali amorfi. Solidificazione dei metalli e dei monocristalli. Soluzioni solide e diffusione nei solidi (cenni). Difetti cristallini. Tecniche sperimentali per l’identificazione di microstrutture e difetti (cenni).

Proprietà fisiche e tecnologiche

Caratteristiche fisiche e chimiche. Proprietà meccaniche. Sforzi e deformazioni nei materiali. Materiali fragili e duttili. Deformazione plastica, rafforzamento, recupero e ricristallizzazione. Prova di trazione e diagramma sforzo-deformazione. Durezza e prove di durezza. Deformazione plastica. Rafforzamento dei metalli per soluzione solida. Frattura duttile e fragile. Tenacità e prova di resilienza. Fatica dei metalli. Velocità di propagazione delle cricche di fatica (cenni). Creep e creep-rottura, viscoelasticità. Parametro di Larsen-Miller. Miglioramento delle prestazioni meccaniche dei metalli. Esempi di failure analysis. Proprietà termiche dei materiali.

Materiali metallici

Generalità e richiami sui diagrammi di stato dei sistemi binari e ternari. Produzione della ghisa e dell’acciaio. Diagramma di stato ferro-carburo di ferro. Trattamenti termici degli acciai al carbonio, richiami sui processi attivati termicamente e velocità nei solidi, principali lavorazioni dei metalli. Acciai basso legati. Acciai inossidabili. Ghise. Leghe di alluminio, rame, magnesio, titanio e nichel. Corrosione elettrochimica dei metalli. Celle galvaniche. Cinetica di corrosione. Forme di corrosione. Ossidazione dei metalli. Protezione dalla corrosione.

Materiali polimerici

Generalità e polimerizzazione. Polimeri termoplastici e termoindurenti. Cristallinità. Lavorazione. Classificazione e comportamento viscoelastico. Creep e frattura. Degrado (cenni). Materiali termoplastici per uso generale. Tecnopolimeri. Termoindurenti. Elastomeri. Adesivi.

Materiali ceramici e vetri

Generalità. Struttura dei silicati. Lavorazione dei materiali ceramici (cenni). Materiali ceramici tradizionali e avanzati. Proprietà meccaniche e termiche. Vetri: struttura, composizione, lavorazione, vetri speciali. Rivestimenti ceramici e ingegneria di superficie, nanotecnologie (cenni).

Materiali compositi

Fibre per materiali compositi a matrice polimerica. Materiali compositi polimerici rinforzati con fibre. Processi di fabbricazione. Strutture a sandwich. Compositi a matrice metallica e a matrice ceramica.

Legno

Generalità. Macrostruttura e microstruttura. Legni dolci e duri. Struttura delle pareti cellulari. Difetti. Proprietà e applicazioni (con particolare riferimento al settore aeronautico).

I risultati di apprendimento attesi sono definiti secondo i parametri europei descritti dai cinque descrittori di Dublino.

Conoscenza e capacità di comprensione:

Gli obiettivi che lo studente dovrà avere raggiunto, in termini di conoscenza (sapere) e capacità (saper fare), saranno: la conoscenza dei più importanti materiali e relative applicazioni e problematiche nel campo ingegneristico (con particolare riferimento al settore aeronavale), unitamente alla capacità di correlare le principali caratteristiche microscopiche con le relative proprietà macroscopiche, in modo tale da effettuare le scelte più adeguate per una specifica applicazione.

Conoscenza e capacità di comprensione applicate:

Lo studente sarà in grado di utilizzare le conoscenze acquisite riguardo la struttura della materia per correlare qualitativamente le proprietà con la struttura e le possibili applicazioni tecnologiche; acquisirà inoltre strumenti necessari per potere scegliere i materiali più idonei in relazione all’applicazione richiesta, tenendo anche in considerazione i possibili fenomeni di degrado.

Autonomia di giudizio:

Lo studente, alla fine dell’insegnamento, sarà in grado di riconoscere autonomamente le caratteristiche, le proprietà e i più importanti metodi di lavorazione dei principali materiali per uso ingegneristico; valutare le proprietà chimico/fisiche ed il comportamento dei materiali nelle varie situazioni di impiego; gli effetti di agenti atmosferici, termici ed azioni esterne in generale sui materiali prescelti, al fine di verificarne le implicazioni progettuali e manutentive.

Abilità comunicative:

Lo studente acquisirà la capacità di comunicare ed esprimere le problematiche inerenti all’oggetto dell’insegnamento. In particolare, sarà in grado di sostenere conversazioni su tematiche relative a vari aspetti fondamentali (struttura atomica della materia, correlazioni struttura-proprietà, varie tipologie di materiali e relative proprietà tecnologiche, vantaggi/svantaggi legati all’impiego di un determinato materiale) facendo ricorso ad un’adeguata conoscenza del linguaggio tecnico.

Capacità di apprendere:

Lo studente sarà orientato all’acquisizione delle conoscenze non solo da libri di testo consigliati ma anche da fonti differenti in modo da sviluppare capacità di apprendimento che gli consentano di continuare a studiare per lo più in modo autonomo, sviluppando quindi un’effettiva capacità di affrontare in autonomia lo studio di problematiche inerenti agli aspetti trattati durante l’insegnamento.

Al raggiungimento delle capacità di apprendimento contribuiranno, in varia misura, tutte le attività didattiche. Le capacità di apprendimento saranno conseguite in particolare attraverso lo studio individuale previsto, e l’attività svolta per la preparazione degli esami, attraverso la cui valutazione sarà verificato il raggiungimento delle suddette capacità.

Testi principali

W.F. Smith, J. Hashemi, Scienza e tecnologia dei materiali (McGraw-Hill)

1. Valitutti, A.Tifi e A.Gentile, Lineamenti di Chimica (Zanichelli)

Testi di riferimento (per certificazione EASA PART 66)

Total Training Support Integrated Training System Module 2. Physics

Total Training Support Integrated Training System Module 6. Materials and Hardware

Aviation maintenance technician certification series Module 02

Aviation maintenance technician certification series Module 06

Testi di approfondimento

D.R. Askeland, P.P. Fulay, W.J. Wright, Scienza e tecnologie dei materiali (Città Studi Edizioni)

1. Silvestroni, Fondamenti di chimica (CEA)

Saranno svolte essenzialmente lezioni frontali, ma anche alcune analisi di casi studio ed esercizi al fine di applicare e consolidare le nozioni apprese. Per alcuni aspetti specifici dell’insegnamento, potrà essere fornito agli studenti frequentanti del materiale integrativo in formato pdf e/o le slide delle lezioni e/o esercizi/casi studio (sempre in formato pdf).

La frequenza è fortemente consigliata.

L’accertamento delle competenze tecniche acquisite dagli allievi si svolgerà attraverso un colloquio orale individuale (di durata variabile ed orientativamente intorno ai 30 minuti) che tratterà gli argomenti affrontati durante l’insegnamento e sinteticamente descritti nel presente documento. Gli esaminandi, in caso di necessità legate alla loro numerosità, saranno ripartiti in più giornate secondo un calendario determinato nel giorno dell’appello ovvero, se possibile, anticipatamente sulla base delle prenotazioni pervenute. La calendarizzazione sarà in tal caso opportunamente pubblicizzata. Durante il colloquio individuale sarà accertato il raggiungimento di una conoscenza almeno sufficiente relativamente agli argomenti descritti nel presente documento. La valutazione dell’apprendimento sarà focalizzata sulla valutazione dei risultati attesi, in accordo con i descrittori di Dublino. Il voto sarà dato in trentesimi e varierà da 18/30 a 30/30 con lode. L’obiettivo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di raggiungimento delle conoscenze, competenze e abilità indicate. Il voto sarà espresso secondo il seguente schema di valutazione:

– Ottimo (30-30 e lode): Ottima conoscenza e comprensione degli argomenti trattati. Ottima capacità di applicare le conoscenze acquisite per rispondere ai quesiti proposti e nell’affrontare nuove problematiche. Eccellenti capacità espositive.

– Molto buono (26-29): Buona conoscenza e comprensione degli argomenti trattati. Buona capacità di applicare le conoscenze acquisite per rispondere ai quesiti proposti e nell’affrontare nuove problematiche. Ottime capacità espositive.

– Buono (24-25): Buona conoscenza e comprensione degli argomenti trattati. Discreta capacità di applicare le conoscenze acquisite per rispondere ai quesiti proposti e nell’affrontare nuove problematiche. Buone capacità espositive.

– Discreto (21-23): Discreta conoscenza e comprensione degli argomenti trattati. Limitata capacità di applicare le conoscenze acquisite per rispondere ai quesiti proposti e nell’affrontare nuove problematiche.

– Sufficiente (18-20): Conoscenza minima degli argomenti trattati e limitata capacità di applicare le conoscenze acquisite per rispondere ai quesiti proposti.

– Insufficiente: Manca di una conoscenza accettabile degli argomenti trattati e non dimostra una sufficiente capacità di applicare le conoscenze acquisite per rispondere ai quesiti.

Le date di esame saranno pubblicate sul sito web di Ateneo.

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Gli orari di ricevimento saranno pubblicati sulla pagina web personale del docente.

Si raccomanda agli studenti interessati di contattare preventivamente il docente via email per una migliore organizzazione delle attività di ricevimento.