The quality of extrusion billets La qualità delle billette da estrusione
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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 5 2009 alluminio e leghe 73 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 % 74 ALUMINIUM AND ITS ALLOYS 5 2009 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. 5 2009 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 75
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