Indice XIII. Prefazione

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1 Indice Prefazione XIII Capitolo 1 LA STRUTTURA DEI MATERIALI: COSA, COME, PERCHÉ 1 Alberto Cigada e Barbara Del Curto 1.1. 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 materiali Materiali metallici Materiali polimerici Materiali ceramici Risposte alle domande 14 Capitolo 2 LE PROPRIETÀ DEI MATERIALI: QUELLA IMPORTANTE DOZZINA 17 Alberto Cigada e Barbara Del Curto 2.1. Caso studio: la padella Proprietà generali Densità Costo Proprietà meccaniche Comportamento meccanico di un materiale: curva sforzo-deformazione 26 V

2 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 OGGETTO: 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

3 INDICE Asta incastrata con carico applicato a un estremo: flessione Esercizi 65 Capitolo 4 COME SI DIMENSIONA UN OGGETTO: MI FLETTO MA NON MI SPEZZO 73 Alberto Cigada e Barbara Del Curto 4.1. 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 Flessione Momento di inerzia Valutazione delle proprietà meccaniche richieste Flessione per forza al centro Flessione per forza applicata a un estremità Esercizi 91 Capitolo 5 MATERIALI METALLICI 105 MariaPia Pedeferri e Barbara Del Curto 5.1. 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 112 VII

4 Materiali per il design 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 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

5 INDICE Lavorazioni non convenzionali Processi di giunzione Saldatura e brasatura Giunzioni meccaniche Incollaggio Operazioni di finitura superficiale Rivestimenti metallici Ossidazione anodica 149 Capitolo 6 DURABILITÀ 151 Gabriele Fumagalli 6.1. 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 167 MariaPia Pedeferri e Barbara Del Curto 7.1. Introduzione Legami chimici, struttura e proprietà Come si ottengono i materiali ceramici: dalle polveri ai prodotti Ceramici tradizionali Materie prime Lavorazioni Proprietà Prodotti Ceramici avanzati Produzione Ceramici avanzati strutturali Elettroceramici Ceramici ottici 185 IX

6 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 Proprietà del vetro Caratteristiche meccaniche Proprietà chimico-fisiche Proprietà ottiche 200 Capitolo 9 LEGNI 203 MariaPia Pedeferri e Barbara Del Curto 9.1. Introduzione Struttura del legno Umidità Difetti Lavorazione del legno Proprietà del legno Resistenza meccanica Deformazioni Proprietà chimiche e fisiche Applicazioni Derivati del legno 213 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 I materiali polimerici: proprietà Considerazioni generali 227 X

7 INDICE Proprietà meccaniche Proprietà ottiche Le principali proprietà ottiche 239 Capitolo 11 POLIMERI AMORFI E SEMICRISTALLINI: PROPRIETÀ ED ESEMPI 241 Roberto Frassine, Marinella Levi, Claudia Marano e Marta Rink Polimeri amorfi I principali polimeri amorfi Polivinilcloruro (PVC) Polistirene (PS) Polimetilmetacrilato (PMMA) Policarbonato (PC) Elastomeri Polimeri semicristallini 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 283 Capitolo 12 MATERIALI COMPOSITI 285 Roberto Frassine, Claudia Marano e Marta Rink 12.1 Materiali compositi a matrice polimerica: struttura Proprietà dei componenti Proprietà dei compositi 293 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

8 Materiali per il design Estrusione Stampaggio a iniezione Termoformatura Stampaggio rotazionale Soffiaggio Tecnologie di produzione dei materiali compositi Laminazione manuale e stampaggio in autoclave Avvolgimento 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 Gabriele Fumagalli A1. Le parole sono importanti 328 A2. Errori di misura e approssimazioni 328 A3. Il significato degli zeri 330 A4. Altri comodi modi per scrivere numeri 333 A5. Unità di misura SI per le grandezze fondamentali e derivate 335 A6. Sintesi 339 A7. Formule utili 341 Bibliografia 345 Indice analitico 347 XII