The quality of extrusion billets La qualità delle billette da estrusione

technologies
The quality of extrusion billets
La qualità delle billette da estrusione
Franco Bonollo, [email protected] - Giampaolo Barbarossa, [email protected]
The uses of extruded products
are many and well known. The further use of these products surely
involves the problem of quality
control and consistency of the
main technological and practical
characteristics. In many cases,
the quality of extruded products
is the result of the management
of the technological process and
the characteristics of the billet
used. Despite the criticality of this
aspect today there are no standards allowing billet producers or
extruded product manufacturers to formulate the supply and
control specifications correctly
in terms of raw material quality.
Currently, there are only specific
studies and individual specifications between companies.
To fill this gap, UNIMET (UNI’s
associated body for non ferrous
metals standards) activated a
specific Workgroup, comprised
of foundry and extrusion experts,
which has begun the preparation
of a new Standard for the quality
of extrusion billets.
The activity is being organized in
two main sections:
- assessment of the quality control system currently used for
extrusion billets, conducted at
the main billet supply companies
and extruded products manufacturers
- establishment of criteria and
Application sector of extrusions
involved in the assezsment.
Settori di applicazione
degli estrusi rilevati dall'indagine.
Towards a new standard
for a better control
Verso una nuova Normativa
per ottimizzarne il controllo
preparation of the standard.
Assessment of the quality control system used for the extrusion billets
The assessment was conducted
through interviews with experts
of each company and the completion of a questionnaire aimed
Gli impieghi dei prodotti estrusi
sono numerosissimi e ben noti.
Un’ulteriore estensione del loro
utilizzo pone indubbiamente il
problema del controllo di qualità
e della costanza delle principali
caratteristiche tecnologiche e
applicative. In parecchi casi, la
qualità dell’estruso è il risulta-
Application sector
Settore di applicazione
Sotal percentage
Percentuale complessiva
Architecture/Building
Architettura/Edilizia
37,5 %
Mechanical
Meccanico
16,9 %
Electromechanical
Elettromeccanico
4,2 %
Transport
Trasporti
11,5 %
Furnishings
Arredamento
16,4 %
Electrotechnical/electronics
Elettronica/elettrotecnica
2,2 %
Other sectors
Altri settori
11,3 %
to della gestione del processo
tecnologico e delle caratteristiche della billetta di partenza.
Nonostante la criticità di questo
aspetto, non esistono, allo stato
attuale, strumenti normativi che
consentano tanto al produttore
di billette quanto all’estrusore
di impostare correttamente, in
termini di qualità della materia
prima, le condizioni di fornitura
e di controllo. Esistono solo studi specifici e singoli capitolati tra
aziende.
Per colmare questa lacuna,
l’UNIMET (Ente federato UNI
per le Normative sui metalli non
ferrosi) ha attivato un Gruppo di
Lavoro specifico, costituito da
esperti di estrusione e di fonderia, che ha iniziato la stesura di
una nuova Normativa sulla qualità delle billette di estrusione.
L’attività si sta articolando in due
parti principali:
- la definizione dello stato attuale dei controlli di qualità delle
billette da estrusione, svolta
mediante una indagine condotta presso le principali aziende
fornitrici di billette e produttrici
di estrusi;
- l’impostazione e la stesura della normativa.
L’indagine sulla qualità delle
billette da estrusione
L’indagine è stata condotta mediante interviste dirette con gli
esperti aziendali e la compilazione di un questionario, la cui
struttura era volta a identificare:
- Tipologia di azienda (numero di dipendenti, stima del
fatturato e della produzione
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alluminio e leghe
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at gathering the following information:
- Type of company (number of
employees, annual turnover,
annual production and type of
products)
- Market and type of extruded
products (product sectors, final
market, alloys most commonly
used)
- Billet production method (for billet manufacturing companies)
- Quality control methods for the
characterization of the billets
- Customer relations (existence of
collaboration agreements aimed
at the resolution of possible issues resulting from defective
billets which in some way facilitates quality control activities and
increases the quality standards
of production, estimate of the
percentage of rejected billets
and extruded products during
production).
The questionnaire was completed by a group of companies that
collectively produce more than
130,000 tonnes/year of extruded
products, that is approximately
25% of Italian production. The
aforementioned extruded products are destined for the sectors
listed in the previous table. The
sector with the most significant
usage is architecture/building
(window and door frames, building facades, pipes for systems
and structures) with 37.5%, followed by mechanical (precision
components or bars), furnishings
and transport sectors.
The most popular alloy for extruded profiles among the companies surveyed is without a
doubt the 6060 alloy of the 6XXX
series, with 65.2% of the total
assessed production, followed
by 6063 (11.3%), 6082 (8.7%)
and 6005 (5.3%).
The situation is summarized in
Table 1. Figure 2 illustrates the
main quality controls conducted
on billets by the companies surveyed. The diagram represents
a simple arithmetical percentage
of the data collected from the
companies with the questionnaire; it can be seen clearly that
all the companies interviewed
subject billets to quality controls
of their surface and dimensional
controls, like the angle of inflection, ovalization and roughness.
The other types of controls appear in different percentages
depending on the company.
The structure of the new
standard
The objective of the new stand-
annui, tipologia di prodotto).
- Mercato e tipologia di estrusi
realizzati (settori di impiego dei
prodotti, mercato finale, leghe
principalmente utilizzate).
- Metodo di produzione delle billette (per le aziende produttrici
di billette).
- Metodologie di controllo di
qualità per la caratterizzazione
delle billette.
- Rapporti con i clienti (esistenza di forme di collaborazione
reciproca, mirata alla risoluzione di eventuali problematiche
riguardanti i difetti presenti sulle
billette, che in qualche modo faciliti l’attività di controllo e porti
gli standards qualitativi a livelli
più elevati, indicazione appros-
Used alloys
Leghe utilizzate
Total percentage
Percentuale complessiva
6060
65,2 %
6063
11,3 %
6082
8,7 %
6005
5,3 %
6026
2%
7075
1%
7010
0,68 %
7003
0,25 %
5005
0,8 %
5083
0,14 %
3003
0,4 %
2007
2,7 %
2011
0,7 %
2014
0,7 %
Table 1: total percentage
of used alloys.
1050
0,57 %
Tab. 1: percentuale complessiva
delle leghe utilizzate.
1070
0,26 %
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ALUMINIUM AND ITS ALLOYS
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simata della percentuale di billette e di prodotti estrusi che
costituisce scarto).
Al questionario ha risposto un
gruppo di aziende che nell’insieme producono una quantità
di estrusi pari a più di 130.000
tonnellate/anno, corrispondente
cioè a circa un quarto della produzione nazionale. Tali estrusi
sono destinati ai settori applicativi illustrati nella tabella di pagina precedente.
Il settore di maggior impiego è
quello dell’architettura/edilizia
(serramenti, facciate per l’edilizia, tubi per impianti e per strutture), con il 37,5%, seguito da
quelli meccanico (componenti di
precisione o barre), dell’arredamento e dei trasporti.
Tra le aziende che hanno partecipato all’indagine, la lega maggiormente utilizzata per realizzare profilati estrusi è senza
dubbio la lega 6060 della serie
6xxx, con il 65,2% della produzione totale esaminata; seguono poi la 6063 (11,3%), la 6082
(8,7%) e la 6005 (5,3%).
La situazione è riassunta in tabella 1.
La figura 2 illustra invece quali
siano i principali controlli qualitativi correntemente effettuati
sulle billette dalle aziende coinvolte nell’indagine. Il diagramma
proposto rappresenta una semplice percentuale aritmetica dei
dati forniti dalla compilazione
del questionario da parte delle aziende; si può chiaramente
osservare che tutte le aziende intervistate eseguono sia
controlli mirati alla valutazione
dell’aspetto superficiale delle
billette, sia controlli di tipo dimensionale, come il controllo
della freccia, dell’ovalizzazione e della rugosità. Gli altri tipi
di controlli vengono eseguiti in
percentuale differente a seconda dell’azienda.
La struttura della nuova normativa
La nuova normativa si pone
l’obiettivo di descrivere metodi
technologies
ard is to describe methods and
procedures for the quality evaluation of aluminium alloy billets
for extrusion. Although the types
of aluminium alloys for extrusion
are quite broad (alloys belonging to the 1000, 2000, 3000,
5000, 6000 and 7000 series),
the standard is specifically developed for the evaluation of
quality of the 6000 series which is
currently used in more than 90%
of the production of extruded
products.
The standard starts by indicating the most common defects of
aluminium billets for extrusion,
that is those related to proportion and shape as well as those
found internally or externally, for
example porosity, roughness,
blowholes, inclusions, segregations, shrinkages, cracks.
Regarding these flaws, the
standard suggests to conduct
quality controls of aluminium billets for extrusion by evaluating
the following items:
1. Surface defects: alterations,
heterogeneous deposits, solidification defects
2. Internal defects: porosity, discontinuities (cracks, heterogeneous inclusions)
3. Macrostructural characteristics: granular structures, external
lack of homogeneity
4. Microstructural characteristics: external segregations,
morphology, distribution and
nature of intermetallic materi-
Distribution of the most
commonly used alloys.
1
Distribuzione delle leghe
di maggior utilizzo.
als, degree of homogenization
5. Non-destructive testing
Each method is described briefly,
explaining the operation principles, operational procedures and
fields of application.
Finally, the standard lists the information that the manufacturer
of billets for extrusion and the
extruded products manufacturer
should exchange to guarantee
adequate quality control of billets
and consequently obtain high
quality extruded products.
The preparation of the standard
has already begun and it is expected that the final draft will be
subjected to examination by UNI
in 2010.
e procedure per la valutazione
della qualità di billette in lega di
alluminio destinate a processi di
estrusione.
Pur essendo relativamente ampia la tipologia di leghe di alluminio correntemente impiegate
nei processi di estrusione (leghe
delle famiglie 1000, 2000, 3000,
5000, 6000 e 7000), la norma è
specificamente indirizzata alla
valutazione della qualità applicata alle leghe della famiglia
6000, che da sola rappresenta
oltre il 90% dell’attuale produzione di estrusi.
Vengono dapprima indicati i
principali difetti che possono
essere riscontrati nelle billette
2
Quality controls conducted
by the companies involved
in the survey.
(Surface evaluation,
evaluation of the thickness
of the external layer,
macro/micrographic controls,
dimensional controls,
chemical analysis,
non-destructive testing,
mechanical tests,
other checks).
Controlli di qualità eseguiti
dalle aziende coinvolte
nell’indagine.
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di alluminio da estrusione, sia
quelli dimensionali e di forma,
sia quelli che possono presentarsi nella regione interna o in
quella esterna della billetta stessa, quali, ad esempio porosità,
rugosità, soffiature, inclusioni,
segregazioni, ritiri, cricche.
Con riferimento a tali tipologie
di difetti, la norma suggerisce
di effettuare il controllo di qualità delle billette di alluminio per
estrusione in termini di:
1. Aspetto superficiale: alterazioni, depositi eterogenei, difetti
di solidificazione.
2. Difetti interni: porosità, discontinuità (cricche, inclusioni
eterogenee).
3. Caratteristiche macrostrutturali: strutture granulari, disomogeneità corticali.
4. Caratteristiche microstrutturali: segregazioni corticali, morfologia, distribuzione e natura dei
compositi intermetallici, grado di
omogeneizzazione.
5. Controlli non distruttivi.
Ciascun metodo viene sinteticamente descritto, illustrandone principi di funzionamento,
procedure esecutive, campi di
impiego.
Vengono infine indicate le informazioni che l’azienda produttrice di billette e quella
produttrice di estrusi dovrebbero scambiarsi, ai fini
di garantire un adeguato
controllo della qualità delle
billette e conseguentemente di ottenere un elevato livello qualitativo nei prodotti
estrusi.
Il lavoro di stesura della
norma è oramai avviato, e
si ritiene che nel 2010 la
bozza finale della nuova
norma possa essere sottoposta all’esame da parte
dell’UNI.
alluminio e leghe
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