Il corso si prefigge di fornire allo studente le conoscenze approfondite circa i materiali tipicamente utilizzati in ambito energetico e dei diversi fenomeni che ne interessano l’esercizio, che frequentemente avviene ad alte o basse temperature e/o in presenza di un ambiente aggressivo. Tali conoscenze risultano la base su cui sviluppare i criteri di scelta progettuale (tra questi l’identificazione dei materiali e dei processi di fabbricazione/trattamento ottimali per i componenti) e quelli di manutenzione impiantistica cui è necessario far fronte nelle applicazioni della produzione e conversione di energia, della termotecnica, ma anche dell’estrazione e trasporto delle materie prime.

Al termine del corso lo studente lo studente:

-conosce correlazioni tra microstruttura dei materiali e le principali caratteristiche mecchaniche/fisiche/funzionali dei materiali metallici e di alcuni materiali ceramici di interesse in ambito energetico;

-conosca le classi di materiali strutturali tipicamente adottate per tipiche applicazioni in ambito energetico e ne sa motivare le ragioni del loro impiego, i metodi produttivi tipicamente adottati (inclusi gli eventuali trattamenti termici) e le condizioni di lavoro da preferire o evitare al fine del prolungamento della vita utile dei componenti;     

-conosca le condizioni in cui si possono presentare i principali fenomeni di degrado dei materiali metallici, ne riconosca le classiche forme in cui si presentano nei componenti, le condizioni che rendono i materiali più resistenti alle diverse forme e conosce le classi di materiali più idonee all’impiego nelle condizioni in cui le forme di degrado siano attive, e la possibilità di individuare le forme di degrado mediante metodi di controllo delle condizioni dei materiali.

Argomento 1: Caratteristiche generali dei materiali metallici, ceramici e polimerici: microstrutture, metodi di rafforzamento. Effetto delle tecnologie di fabbricazione (ad esempio tecniche di fonderia, deformazione plastica, saldatura e sinterizzazione) sulle caratteristiche microstrutturali e sulle proprietà di materiali.

Argomento 2: Comportamento dei materiali e loro fenomeni di degrado nelle differenti condizioni di sollecitazione termica, meccanica e alle condizioni ambientali di esercizio: comportamento statico e fenomeni di fragilità, tenacità creep, usura, fatica termica, e termomeccanica, corrosione a caldo e ad umido.

Argomento 3: Materiali per diverse tipologie impiantistiche e strutturali e loro criteri di scelta. Le proprietà di diverse classi di materiali strutturali tipicamente adottate in ambito energetico saranno presentate facendo riferimento alle tipiche applicazioni (ad esempio turbine, turbomacchine, motoristica, filtri, scambiatori di calore): acciai per impieghi strutturali a basse ed elevate temperature, acciai inossidabili, leghe di nichel, leghe di titanio. Saranno approfonditi, anche a partire da case studies, alcuni materiali di largo impiego o problematiche di particolare interesse per applicazioni in campo energetico. A questi materiali ed ai componenti con essi realizzati saranno dedicate alcune delle visite tecniche.

Argomento 4: Criteri di scelta ragionata di materiali funzionali. Saranno approfondite le correlazioni tra microstruttura ed alcune caratteristiche fisiche/funzionali quali le proprietà termiche ed elettriche. Saranno anche presentati i rivestimenti, discutendone le caratteristiche microstrutturali/strutturali/funzionali anche in relazione alle tecniche di realizzazione, facendo riferimento ad esempio alle barriere termiche, ma anche leghe di alluminio e di rame.

Argomento 5: Metodi di controllo delle condizioni dei materiali e loro impiego sia nelle fasi di realizzazione e di collaudo dei componenti, sia durante le ispezioni delle strutture meccaniche esercite. Introduzione alle tecniche di controllo maggiormente utilizzate e le loro possibili applicazioni in componenti e materiali in ambito energetico.

I diversi argomenti saranno trattati all'interno di una serie di casi di studio riguardanti diversi ambiti del settore energetico. Un caso di studio riguardante componenti operanti ad alta temperatura sarà esaminato durante le attività di laboratorio di progetto, svolto a gruppi. 

Prerequisito del corso è la conoscenza di base

-dei materiali, in particolare di quelli metallici;

-delle prove per la determinazione delle loro caratteristiche meccaniche (prove di trazione) e del significato di queste;

-delle possibilità di modificare la microstruttura  dei materiali mediante cicli termici o procesi meccanici, modificandone anche le caratteristiche meccaniche.   

La verifica del raggiungimento degli obiettivi del corso e dell’apprendimento sarà suddivisa in due parti. 

 Una prima parte corrisponderà alla valutazione del lavoro svolto durante il laboratorio di progetto, laboratorio che viene svolto a gruppi di 3 o 4 studenti individuati dal docente nell’incontro di presentazione delpeogetto. A ogni gruppo sarà assegnato un componente/pezzo di riferimento. Il progetto, si articola in più parti dedicate a diversi aspetti legati ai materiali con cui il pezzo viene realizzato e che sono trattati dalla docente a lezione o nei seminari tenuti da tutor aziendali che la affiancano nella parte del corso dedicata al lavoro d’anno. Per ogni parte del lavoro d’anno agli studenti saranno date specifiche consegne da applicare alla combinazione componenti/materiali e che il gruppo di studenti provvederà a svolgere sotto la supervisione dei tutor e ad inserire in una presentazione finale del progetto d’anno. La valutazione del progetto d’anno sarà effettuata dal docente e dai tutor durante una presentazione dei risultati ottenuti da tenersi orientativamente nell’ultima settimana di svolgimento dell’insegnamento. Alla presentazione parteciperanno tutti i componenti del gruppo. La durata complessiva della presentazione sarà di 20 minuti ai quali si aggiungeranno 10 minuti complessivi di domande da parte del docente e dei tutor. Ad ogni studente sarà assegnato un voto ottenuto come media aritmetica tra quello medio assegnato al gruppo e quello assegnato al singolo. Nel caso in cui il voto assegnato al gruppo sia inferiore a 16, il gruppo ripresenterà il progetto d’anno nel corso del primo appello d’esame. Se il voto del singolo studente è negativo, lo studente ripresenta una parte del lavoro d’anno concordata con la docente e risponde alle domande su tutto il LA all’inizio della prova orale nellì’appello d’esame a cui si è iscritto. Il voto assegnato al progetto d’anno ha peso 25% sul voto complessivo. Il voto assegnato in questa parte ha validità per tutti gli appelli dell’anno accademico. Nel caso lo studente decidesse di sostenere l’esame nell’anno accademico successivo potrà decidere, dando specifica informazione al docente, se considerare valido il voto del progetto oppure se essere inserito in un gruppo di lavoro dell’anno accademico di effettiva frequenza. La seconda parte della valutazione della preparazione dello studente, che corrisponderà al 75% della valutazione totale, sarà una prova orale tenuta in occasione di uno qualsiasi degli appelli del corso. La prova orale inizierà con la descrizione di un caso di studio da parte dello studente e con la richiesta di approfondimento di almeno uno degli aspetti (classi di materiali, proprietà, forme di degrado) legati al caso di studio.  Seguirà una seconda domanda su altro caso studio, o classe di materiale, proprietà o forme di degrado.