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3 ") 'ì \ ),I.1 e \. Alberto Cigada I Barbara Del Curto I Roberto Frassine I Gabriele Fumagalli I Marinella Levi I Claudia Marana I MariaPia Pedeferri I Marta Rink Politecnico di Milano MATERIALI PER IL DESIGN Introduzione ai materiali e alle loro proprietà a cura di Barbara Del Curto Claudia Marano UNIVERSITA' IUAV DI VENEZIA BIBLIOTECA CENTRALE INV.... ~Z4JZ I I I...,!IA~ cea! CASA EDITRICE AMBROSIANA

4 Indice Prefazione XIII Capitolo 1 LA STRUTTURA DEI MATERIALI: COSA, COME, PERCHÉ 1 Alherto Cigada e Barbara Del Curto I.I. 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 materiali Materiali metallici Materiali polimerici Materiali ceramici Risposte alle domande 14 C pitolo 2 LE PROPRIETÀ DEI MATERIALI: QUELLA IMPORTANTE DOZZINA 17 Alherto Cigada,e Barbara Del Curto Caso studio: la padella Proprietà generali Densità Costo Proprietà meccaniche Comportamento meccanico di un materiale: curva sforzo-deformazione 26 V

5 Materiali per il design 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 44 Capitolo 3 COME SI CALCOLANO LE SOLLECITAZIONI SU UN OGGETIO: COME EVITARE CHE UNA SEDIA STIA IN PIEDI PER CASO 47 Alberto Cigada e Barbara Del Curto 3.1. Caso studio: la sedia Forza Definizione Unità di misura Forza risultante verticale e orizzontale Momento Definizione Unità di misura Momento risultante Equazioni fondamentali della statica Reazioni vincolari Azioni interne Asta che sorregge un carico assialmente: trazione o compressione Asta appoggiata che sorregge un carico applicato al centro: flessione 63 VI

6 INDICE Asta incastrata con carico applicato a un estremo: flessione Esercizi Capitolo 4 COME SI DIMENSIONA UN OGGETTO: Ml FLETI'O MA NON Ml SPEZZO 73 Alberto Cigada e Barbara Del Curto 4.1. Cosa si vuole imparare a fare 4.2. Deformabilità di un oggetto 4.3. Diversi tipi di sforzo e deformazione 4.4. Trazione o compressione Azioni interne Sforzo Deformazione Legame sforzo-deformazione Valutazione delle proprietà meccaniche richieste 4.5. Flessione Momento di inerzia Valutazione delle proprietà meccaniche richieste Flessione per forza al centro Flessione per forza applicata a un'estremità 4.6. Esercizi Capitolo 5 MATERIALI METALLICI MariaPia Pedeferri e Barbara Del Curto 5.1. Introduzione 5.2. Legame chimico e struttura cristallina 5.3. Difetti reticolari Difetti puntiformi e diffusione Difet~i 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 llo llo lll lll ll2 VII

7 L Materiali per il design Struttura delle leghe metalliche Soluzioni solide interstiziali Soluzioni solide sostituzionali Presenza di più fasi 114 Meccanismi di rafforzamento dei ~talli 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 speciali da costruzione Acciai inossidabili 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 Alluminio puro (serie 1000) Leghe da deformazione plastica Titanio e leghe di titanio Leghe di titanio Magnesio e leghe di magnesio Zinco Tecnologie di lavorazione Processi per l'ottenimento di semilavorati Lavorazioni di fonderia Metallurgia delle polveri (sinterizzazione) Lavorazioni per deformazione plastica Lavorazione della lamiera Lavorazioni alle macchine utensili Lavorazioni con abrasivi 145 VIII

8 INDICE Lavorazioni non convenzionali Processi di giunzione Saldatura e brasatura Giunzioni meccaniche Incollaggio Operazioni di finitura superficiale Rivestimenti metallici Ossidazione anodica Capitolo 6 DURABILITÀ Gabriele Fumagalli Introduzione Durabilità e degrado Sollecitazioni e classi di materiali Corrosione atmosferica Protezione dalla corrosione Scelta del materiale Scelta della forma Trattamenti superficiali Cenni sulle tecniche di rivestimento Caso studio: la lamiera zincata 164 Capitolo 7 MATERIALI CERAMICI MariaPia Pedeferri e Barbara Del Curto 7.1. Introduzione 7.2. Legami chimici, struttura e proprietà 7.3. Come si ottengono i materiali ceramici: dalle polveri ai prodotti 7.4. Ceramici tradizionali Materie prime L,avorazioni Ptopi,:ietà Prodotti 7.5. Ceramici avanzati Produzione Ceramici avanzati strutturali Elettroceramici Ceramici ottici IX

9 Materiali per il design Capitolo 8 VETRI 187 MariaPia Pedeferri e Barbara Del Curto 8.1. Introduzione Formazione di vetro.,._ Composizione chimica e struttura del' vetro Tipi di vetro Produzione Macinazione, dosaggio e miscelazione Fusione Affinazione e omogeneizzazione Formatura Trattamenti di finitura 8.6. Proprietà del vetro Caratteristiche meccaniche Proprietà chimico-fisiche Proprietà ottiche Capitolo 9 LEGNI MariaPia Pedeferri e Barbara Del Curto 9.1. Introduzione 9.2. Struttura del legno 9.3. Umidità 9.4. Difetti 9.5. Lavorazione del legno 9.6. Proprietà del legno Resistenza meccanica Deformazioni Proprietà chimiche e fisiche Applicazioni Derivati del legno Capitolo 10 STRUTTURA E PROPRIETÀ DEI MATERIALI POLIMERICI 217 Roberto Frassine, Marinella Levi, Claudia Marano e Marta Rink Breve storia dei materiali polimerici I materiali polimerici: struttura 10.3 I materiali polimerici: proprietà Considerazioni generali X

10 INDICE Proprietà meccaniche Proprietà ottiche Le principali proprietà ottiche Capitolo 11 POLIMERI AMORFI E SEMICRISTALLINI: PROPRI.ETÀ ED ESEMPI 241 Roberto Frassine, Marinella Levi, Claudia Marano e Marta Rink Polimeri amorfi 11.2 I principali polimeri amorfi Polivinilcloruro (PVC) Polistirene (PS) Polimetilmetacrilato (PMMA) Policarbonato (PC) 11.3 Elastomeri Polimeri semicristallini 11.5 I principali polimeri cristallini 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 12 MATERIALI COMPOSITI Roberto Frassine, Claudia Marano e Marta Rink 12.1 Materiali compositi a matrice polimerica: struttura 12.2 Propr:ietà dei componenti 12.3 Proprfetà,.dei compositi Capitolo 13 TECNOLOGIE DEI MATERIALI POLIMERICI E DEI MATERIALI COMPOSITI 297 Roberto Frassine, Claudia Marano e Marta Rink 13.1 Tecnologie di trasformazione dei polimeri termoplastici 298 XI

11 Materiali per il design Estrusione Stampaggio a iniezione Termoformatura Stampaggio rotazionale Soffiaggio "-, Tecnologie di produzione dei materiali è6mpositi Laminazione manuale e stampaggio in autoclave Awolgimento Pultrusione Altre tecnologie di lavorazione per compositi a fibra continua Tecnologie di lavorazione per compositi a fibra corta 322 Appendice MISURE: VALORI NUMERICI, GRANDEZZE E UNITÀ DI MISURA LE PAROLE SONO IMPORTANTI 327 GabrielR Fumagalli Al. Le parole sono importanti A2. Errori di misura e approssimazioni A3. Il significato degli zeri A4. Altri comodi modi per scrivere numeri A5. Unità di misura SI per le grandezze fondamentali e derivate A6. Sintesi A7. Formule utili Bibliografia Indice analitico XII

12 . l.ij.~rn1

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