Sommario. Capitolo 1 Criteri di selezione dei materiali...1 Barbara Del Curto, Claudia Marano, MariaPia Pedeferri

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1 Sommario Capitolo 1 Criteri di selezione dei materiali...1 Barbara Del Curto, Claudia Marano, MariaPia Pedeferri 1.1 La selezione dei materiali La classificazione dei materiali (e delle tecnologie) Il percorso della selezione I passaggi operativi della selezione dei materiali: vincoli e obiettivi...7 Capitolo 2 La struttura dei materiali: cosa, come, perché...9 Alberto Cigada, Barbara Del Curto, MariaPia Pedeferri 2.1 Design e materiali Alcune domande Il livello di indagine Legami chimici Legame ionico Legame covalente Legame metallico Legami deboli La struttura dei materiali Struttura cristallina Struttura amorfa Struttura semicristallina Un primo confronto tra i materiali Materiali metallici Materiali polimerici Materiali ceramici Risposte alle domande...21

2 VI Sommario isbn Capitolo 3 Le proprietà dei materiali: quella importante dozzina...25 Alberto Cigada, Barbara Del Curto, MariaPia Pedeferri 3.1 Caso studio: la padella Proprietà generali Densità Costo Proprietà meccaniche Comportamento meccanico di un materiale: curva sforzo-deformazione Materiali a comportamento elastico Materiali a comportamento elasto-plastico Grandezze ottenibili dalle curve sforzo-deformazione Rigidità Resistenza Deformabilità plastica (duttilità) Tenacità Caso studio: i nastri da imballaggio e i nastri isolanti Proprietà fisiche e chimiche Conducibilità termica Conducibilità elettrica Magnetismo Massima temperatura di servizio Durabilità Caratteristiche ottiche Trasparenza Esercizi...48 Capitolo 4 Come si calcolano le sollecitazioni su un oggetto: come evitare che una sedia stia in piedi per caso...51 Alberto Cigada, Barbara Del Curto, MariaPia Pedeferri 4.1 Caso studio: la sedia Forza Definizione Unità di misura Forza risultante orizzontale e verticale...55

3 isbn Sommario VII 4.3 Momento Definizione Unità di misura Momento risultante Equazioni fondamentali della statica Verifica del non ribaltamento Reazioni vincolari Azioni interne Asta che sorregge un carico assialmente: trazione o compressione Asta appoggiata che sorregge un carico applicato al centro: flessione Asta incastrata con carico applicato a un estremo: flessione Esercizi...70 Capitolo 5 Come si dimensiona un oggetto: mi fletto ma non mi spezzo...77 Alberto Cigada, Barbara Del Curto, MariaPia Pedeferri 5.1 Cosa si vuole imparare a fare Deformabilità di un oggetto Diversi tipi di sforzo e deformazione Trazione o compressione Azioni interne Sforzo Deformazione Legame sforzo-deformazione Valutazione delle proprietà meccaniche richieste Carico di punta Flessione Momento di inerzia Valutazione delle proprietà meccaniche richieste Flessione per forza al centro Flessione per forza applicata a un estremità Sforzo su un recipiente cilindrico in pressione Sforzo e deformazione di una molla Esercizi...96 Capitolo 6 Materiali metallici MariaPia Pedeferri e Barbara Del Curto

4 VIII Sommario isbn Introduzione Legame chimico e struttura cristallina Difetti reticolari Difetti puntiformi e diffusione Difetti lineari e deformazione plastica Incrudimento Ricristallizzazione Effetto della temperatura di deformazione plastica Difetti di superficie e bordi di grano Effetto della deformazione plastica sui bordi di grano Struttura delle leghe metalliche Soluzioni solide interstiziali Soluzioni solide sostituzionali Presenza di più fasi Meccanismi di rafforzamento dei metalli Rafforzamento per alligazione Rafforzamento per incrudimento Rafforzamento per trattamento termico Rafforzamento per precipitazione Proprietà dei materiali metallici Acciai Classificazione degli acciai in base alle applicazioni Effetto degli elementi di lega Acciai da costruzione Acciai di base Acciai di qualità Acciai speciali da costruzione Acciai inossidabili Acciai inossidabili austenitici Acciai inossidabili ferritici Acciai inossidabili martensitici Acciai inossidabili duplex Ghise Tipi di ghise Ghise grigie Rame e leghe di rame Rame puro Leghe di rame Ottoni Bronzi Metalli bianchi Alluminio e leghe di alluminio Classificazione dell alluminio e delle leghe di alluminio...134

5 isbn Sommario IX Alluminio puro (serie 1000) Leghe da deformazione plastica Leghe alluminio-silicio (serie 4000) Leghe alluminio-zinco (serie 7000) Titanio e leghe di titanio Leghe di titanio Leghe a Leghe a e b Leghe b Magnesio e leghe di magnesio Zinco Tecnologie di lavorazione Processi per l ottenimento di semilavorati Lavorazioni di fonderia Colata in sabbia Colata in conchiglia Pressofusione Metallurgia delle polveri (sinterizzazione) Lavorazioni per deformazione plastica Laminazione Estrusione Trafilatura Stampaggio Lavorazione della lamiera Tranciatura e punzonatura Piegatura Curvatura (e calandratura) Imbutitura Tornitura in lastra (imbutitura al tornio) Lavorazioni alle macchine utensili Lavorazioni con abrasivi Lavorazioni non convenzionali Processi di giunzione Saldatura e brasatura Giunzioni meccaniche Incollaggio Operazioni di finitura superficiale Rivestimenti metallici Ossidazione anodica Capitolo 7 Durabilità dei materiali: la corrosione dei metalli Gabriele Fumagalli e MariaPia Pedeferri

6 X Sommario isbn Resistenze e sollecitazioni Durabilità e degrado Sollecitazioni e classi di materiali Corrosione atmosferica Forme di corrosione Corrosione generalizzata Corrosione localizzata Protezione dalla corrosione Scelta del materiale Accoppiamenti galvanici Scelta della forma Trattamenti superficiali Cenni sulle tecniche di rivestimento Caso studio: la lamiera zincata Capitolo 8 Materiali ceramici MariaPia Pedeferri e Barbara Del Curto 8.1 Introduzione Legami chimici, struttura e proprietà Come si ottengono i ceramici: dalle polveri ai prodotti Ceramici tradizionali Materie prime Argilla Silice e feldspati Lavorazioni Preparazione dell impasto Formatura Essiccamento e cottura Finitura Proprietà Prodotti Ceramiche bianche Prodotti strutturali a base di argilla Refrattari Abrasivi Ceramici avanzati Produzione Ceramici avanzati strutturali Limitazioni Applicazioni dei ceramici avanzati strutturali Elettroceramici Ceramici ottici...189

7 isbn Sommario XI Capitolo 9 Vetri MariaPia Pedeferri e Barbara Del Curto 9.1 Caratteristiche dei materiali amorfi Formazione di vetro Composizione chimica e struttura del vetro Tipi di vetro Produzione del vetro Macinazione, dosaggio e miscelazione Fusione Affinazione e omogeneizzazione Formatura Galleggiamento Soffiatura Pressatura Filatura Trattamenti di finitura Ricottura Tempra Proprietà del vetro Caratteristiche meccaniche Vetri di sicurezza Proprietà chimico-fisiche Proprietà ottiche Fotosensibilità Rifrazione e riflessione di luce Capitolo 10 Leganti, malte e calcestruzzi Luigi De Nardo e MariaPia Pedeferri 10.1 I leganti Leganti aerei Gesso Impieghi del gesso Calce Leganti idraulici Cemento Le malte e i calcestruzzi Malte Calcestruzzo Cementi e calcestruzzo fotocatalitici e autopulenti...218

8 XII Sommario isbn Capitolo 11 Legni MariaPia Pedeferri e Barbara Del Curto 11.1 Introduzione Struttura del legno Umidità Difetti Lavorazione del legno Proprietà del legno Resistenza meccanica Deformazioni Proprietà chimiche e fisiche Degrado Degrado fisico Combustione Applicazioni Derivati del legno Legno compensato Truciolato Pannelli di fibre Legno lamellare Sughero Capitolo 12 Struttura e proprietà dei materiali polimerici Roberto Frassine, Marinella Levi, Claudia Marano e Marta Rink 12.1 Breve storia dei materiali polimerici Struttura dei materiali polimerici Proprietà dei materiali polimerici Considerazioni generali Proprietà meccaniche Proprietà ottiche Le principali proprietà ottiche Capitolo 13 Polimeri amorfi e semicristallini: proprietà ed esempi Roberto Frassine, Marinella Levi, Claudia Marano e Marta Rink 13.1 Polimeri amorfi I principali polimeri amorfi...269

9 isbn Sommario XIII Polivinilcloruro (PVC) Polistirene (PS) Polimetilmetacrilato (PMMA) Policarbonato (PC) Elastomeri Polimeri semicristallini I principali polimeri semicristallini Polietilene (PE) Polipropilene (PP) Poliammidi (PA) Poliossimetilene (POM) Polietilentereftalato (PET) e polibutilentereftalato (PBT) Politetrafluoroetilene (PTFE) Miscele e copolimeri Esempi di copolimeri Un esempio di miscela Capitolo 14 I polimeri espansi: un esempio di solidi cellulari Roberto Frassine, Claudia Marano e Marta Rink 14.1 Struttura degli espansi Caratteristiche degli espansi Comportamento meccanico Conducibilità termica degli espansi Processo di espansione dei polimeri Appendice Capitolo 15 Materiali compositi Roberto Frassine, Claudia Marano e Marta Rink 15.1 Materiali compositi a matrice polimerica: struttura Proprietà dei componenti Proprietà dei compositi...322

10 XIV Sommario isbn Capitolo 16 Pannelli multistrato e sandwich Roberto Frassine, Claudia Marano e Marta Rink 16.1 Pannelli multistrato Pannelli sandwich Esempi di applicazioni Integrazione Capitolo 17 Tecnologie dei materiali polimerici e dei materiali compositi Roberto Frassine, Marinella Levi, Claudia Marano e Marta Rink 17.1 Tecnologie di trasformazione dei polimeri termoplastici Estrusione Stampaggio a iniezione Termoformatura Stampaggio rotazionale Soffiaggio Estrusione/soffiaggio Iniezione/soffiaggio La stampa 3D di materiali polimerici Le tecnologie di stampa 3D La stampa 3D a deposizione di filamento fuso (FDM) Tecnologie di produzione dei materiali compositi Laminazione manuale e stampaggio in autoclave Laminazione Preparazione per lo stampaggio Reticolazione in autoclave Avvolgimento Pultrusione Altre tecnologie di lavorazione per compositi a fibra continua Tecnologie di lavorazione per compositi a fibra corta Spruzzatura Stampaggio a compressione Capitolo 18 I materiali funzionali Barbara Del Curto e MariaPia Pedeferri 18.1 Materiali a memoria di forma Applicazioni...378

11 isbn Sommario XV 18.2 Materiali fotocromici, termocromici ed elettrocromici Materiali fotocromici Materiali termocromici Materiali elettrocromici Materiali luminescenti Materiali fotoluminescenti Materiali elettroluminescenti Capitolo 19 I materiali e lo sviluppo sostenibile Marinella Levi 19.1 L Overshoot Day e il concetto di sviluppo sostenibile Il Life Cycle Assessment La valutazione dell impatto ambientale semplificata La disponibilità delle risorse L impatto ambientale della trasformazione Il fine vita e il valore della dismissione Appendice Le parole sono importanti Gabriele Fumagalli A.1 Le parole sono importanti A.2 Errori di misura e approssimazioni A.3 Il significato degli zeri A.4 Altri comodi modi per scrivere numeri A.5 Unità di misura SI per le grandezze fondamentali e derivate A.6 Sintesi A.7 Formule utili Aree delle superfici di figure bidimensionali Aree delle superfici di figure tridimensionali Volumi Funzioni trigonometriche Potenze e logaritmi Alfabeto greco Formule Bibliografia Indice analitico...419