ASSOFOND N La rivista delle Fonderie di Metalli Ferrosi e Non Ferrosi FEDERAZIONE NAZIONALE FONDERIE

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1 N ASSOFOND FEDERAZIONE NAZIONALE FONDERIE Poste Italiane S.p.A. - Anno XL-Pubblicazione bimestrale - Spedizione in A.P. - 70% - Filiale di Milano La rivista delle Fonderie di Metalli Ferrosi e Non Ferrosi

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3 DENTRO di NOI: la POTENZA! Euromac srl Marano Vic. (VI) Italy Via dell Industria, 62 Tel Fax F x omac- ww.

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7 TESI, al vostro servizio SORELMETAL FERROLEGHE E INOCULANTI FILO ANIMATO GRAFITI SPECIALI CARBURO DI CALCIO FILTRI CERAMICI MANICHE ESOTERMICHE PROGRAMMI DI SIMULAZIONE MINERALI DI ZIRCONIO E TITANIO ELETTRODI DI GRAFITE POLVERI METALLICHE PRODOTTI E IDEE TESI SpA - Via Manzoni, Monza Tel Fax

8 Insieme a voi determinati nella crescita e nell innovazione al servizio della qualità che richiedete F.LLI MAZZON S.p.A. Via Vicenza, Schio (VI) ITALY - Ph Fax Contatto diretto:

9 rivista La delle Fonderie di Metalli Ferrosi e Non industria fusoria Ferrosi N sommario ASSOFOND in igne vita ASSOFOND FEDERAZIONE NAZIONALE FONDERIE Pubblicazione bimestrale tecnico-economico ufficiale per gli atti dell Associa zione Nazionale delle Fonderie Autorizzazione Tribunale di Milano n. 307 del i Economico Assofond ghisa al suo appuntamento annuale Census: costante crescita dell output mondiale di getti La Fonderia in USA vedrà aumentare le proprie vendite fino al La diagnosi energetica: l impatto sulle Fonderie ed il supporto offerto da Assofond Dazio sull alluminio: chi perde e chi guadagna Diagnosi energetica: opportunità non solo obbligo Costo orario del lavoro: gennaio XXXII Congresso di Fonderia La scoria da cubilotto: un sottoprodotto da valorizzare Ottimizzazione della progettazione dei sistemi di alimentazione delle fusioni in ghisa con grafite sferoidale Progetto EU DEBACOAT: sviluppo di leghe ferrose e tecniche fusorie per la produzione di rivestimenti resistenti ad usura ed abrasione Soluzioni individuali Cold Box connesse all alimentatoree Proprietà delle leghe AlZn10Si8Mg per applicazioni ad alte prestazioni Tecnico Performance di frenata e infuenza della microstruttura di freni a disco in ghisa per veicoli pesanti trasporto merci In breve La nuova generazione INOTEC convince grazie ai vantaggi per il processo di colata Indice Inserzionisti Direttore Responsabile Silvano Squaratti Direzione e redazione Federazione Nazionale Fonderie Trezzano S/Naviglio (MI), Via Copernico 54 Tel. 02/ Telefax 02/ Gestione editoriale e pubblicità S.A.S. - Società Assofond Servizi s.r.l Trezzano S/Naviglio (MI), Via Copernico 54 Tel. 02/ Telefax 02/ Amministrazione e abbonamenti S.A.S. - Società Assofond Servizi s.r.l Trezzano S/Naviglio (MI), Via Copernico 54 Tel. 02/ Telefax 02/ Abbonamenti per l Italia, anno ,00 euro Abbonamento per l estero, anno ,00 euro Una copia 12,91 euro, estero 20,66 euro Numeri arretrati il doppio Spedizioni in A.P. - 70% - Filiale di Milano Progetto Grafico Draghi Luciano Milano - Via Messina 47 Tel. 02/ Stampa Nastro & Nastro s.r.l Germignaga (Va) - Via Stehli, 15 Tel. 0332/ È vietata la riproduzione degli articoli e illustrazioni di Industria Fusoria senza autorizzazione e senza citare la fonte. La collaborazione alla Rivista è subordinata insindacabilmente al giudizio della Redazione. Le idee espresse dagli Autori non impegnano ne la Rivista ne Assofond e la responsabilità di quanto viene pubblicato rimane agli Autori stessi. La pubblicità che appare non supera il 50% della superficie totale del periodico.

10 QUALITÁ OTTIMALE GRAZIE AD UNA INNOVATIVA A TECNOLOGIA DI COLATA A MACCHINE DI COLATA AUTOMATICHE E SEMI-AUTOMATICHE DI TIPO P-10/20/30/50 Principali vantaggi: Machina di colata P-10 Ulteriori opzioni di macchine di colata HWS: Caratteristiche delle macchine di colata HWS: Il passato: Colata a mano classica HEINRICH WA AGNER SINT O Maschinenfabrik GmbH SINTOKOGIO GROUP Bahnhofstraße Bad Laasphe, Germania Te el / Fax / Contatto commerciale per l Italia: SINTOKOGIO GROUP Ing. Frank Höhn Tel.: / Fax: /

11 Riduci l impatto ambientale con ASK Chemicals. ECO-FRIENDLY SOLUTION Vi diamo appuntamento al GIFA a Dusseldorf in Germania dal 16 al 20 Giugno 2015 : Pad 12 stand 22 Le nostre soluzioni offrono dei reali vantaggi ecologici ed economici. Saremo lieti di fornirvi la nostra consulenza: Telefono:

12 economico economico economico M. Pisanu economico economico economico M. Favini Assofond ghisa al suo appuntamento annuale Il tradizionale appuntamento delle Fonderie di ghisa, Assofond Ghisa, tenutosi a Corte Franca-BS il 12 dicembre 2014, è coinciso con l incontro di fine anno: un importante occasione per scambiarsi le proprie impressioni e le personali sensazioni sull attuale situazione congiunturale e prospettica. Fatte alcune debite note introduttive a cura del Presidente di Assofond Ghisa, Duccio Conforti, sulla condizione generale del Settore alla luce dei risultati emersi dall Indagine Congiunturale Rapida presso un campione rappresentativo di Fonderie associate, è stato favorito un incontro-dibattito. La discussione che ne è seguita è stata costruttiva, interessante e molto equilibrata grazie all abilità del moderatore, che ha offerto notevoli spunti di riflessione coinvolgendo gli imprenditori che hanno aderito interattivamente con confronti e ragionamenti estemporanei ed efficaci. Sintesi risultati Indagine Congiunturale Rapida - Campione Fonderie di ghisa BREVE PREMESSA METODOLOGICA E stata replicata l Indagine Congiunturale Rapida per avere una sintetica ricognizione sull andamento congiunturale del comparto con lo scopo di capire, in via preliminare, quali sono i tratti complessivi che hanno contraddistinto il 2014, unitamente alle indicazioni delle prime proiezioni per il primo trimestre del Variabili di riferimento: attività in generale; portafoglio ordini; produzione; CIG; prezzi di vendita. CAMPIONAMENTO Al fine di mantenere il più possibile inalterata la composizione sostanziale del campione, nonché la sua rappresentatività sotto il profilo statisticoeconomico, i soggetti intervistati, rappresentativi di un subuniverso di imprese contattate dall Associazione, rimangono i medesimi; essi sono sostituiti soltanto nell eventualità in cui qualcuno di loro non sia più disponibile, per varie ragioni, a fornire le indicazioni richieste. Nella composizione del panel si è scelto di contemplare la presenza di Fonderie fornitrici dei principali mercati di sbocco «8 cluster» (trattoristica e macchine agricole, meccanica, veicoli industriali, automotive, macchine movimento terra, edilizia, siderurgia) e di concentrarsi su un gruppo di osservatori privilegiati sufficientemente in contatto con l Associazione in grado di offrire garanzie di una più allargata attendibilità alle risultanze empiriche. I risultati Scopo dell intervista è stato quello di sondare in via preconsuntiva i risultati del 2014 e preliminarmente sui tratti complessivi che andranno a contraddistinguere il primo trimestre del Sul 2014 il quadro appare sufficientemente chiaro: un avvio complessivamente positivo con un ritmo di espansione soddisfacente per diversi settori committenti, mentre la ripresa, dopo la pausa estiva, ha disatteso le previsioni di fine giugno, consegnando uno scenario totalmente cambiato rispetto al primo semestre dell anno. La domanda generale del Settore ha mostrato un progressivo e notevole indebolimento aggravatosi significativamente nel corso dell ultimo trimestre dell anno. IN GENERALE, COME GIUDICA LO STATO ATTUALE DELLA SUA ATTIVITÀ? Le valutazioni delle imprese intervistate circa lo stato, al dicembre 2014, dell attività, hanno messo in luce un discreto grado di soddisfazione comune alle Fonderie dedite alla produzione di grandi getti (83% delle risposte si concentra tra la modalità buono e soddisfacente) ed a quelle orientate all automotive (63% delle risposte tra le modalità buono e soddisfacente). Se da un lato era lecito atten- 10

13 economico dersi una lettura ancora negativa dell attività per il settore delle costruzioni, (100% dei giudizi si concentra sulla modalità insufficiente) non era così ovvio il dato dei trattori e macchine agricole (62%) e movimento terra (60%). Il dibattito nel corso dell incontro ha permesso di chiarire che la produzione di getti destinati al settore delle macchine agricole e trattoristica nella prima parte dell anno si è attestata su livelli soddisfacenti, scontando per il secondo semestre un sostanziale ridimensionamento degli ordinativi. Quindi i sentiment espressi su tale mercato risentono molto del deterioramento intervenuto nella seconda parte dell anno e non una valutazione media annuale (Tab. 1). COME VALUTA IL PORTAFOGLIO ORDINI DEL 4 TRIMESTRE RISPETTO AL 3 TRIMESTRE? Per tutti i cluster, fatta eccezione per i grandi getti ed i veicoli industriali, la valutazione richiesta con il primo ed il secondo quesito (stato dell attività e portafoglio ordini) grosso modo coincidono. Si rileva una distribuzione analoga delle risposte intorno alle tre modalità con saldi tra giudizi opposti simili. Al contrario per i grandi getti e veicoli industriali i giudizi peggiorano nella valutazione del portafoglio ordini del trimestre in corso. Per i grandi getti il saldo tra giudizi opposti (buono-insufficiente) passa da +33 a -16; per i veicoli industriali da -45 a -71. Quindi per entrambi questi comparti i giudizi sugli ordini del quarto trimestre sono peggiorativi rispetto alla valutazione dell attività in generale indagata con il quesito precedente (Tab. 2). Cluster Buono Soddisfacente Insufficiente Grandi getti con formatura a mano 50% 33% 17% Trattori, Macchine agricole 0% 38% 62% Meccanica (riduttori, oleodinamica, meccanica varia) 6% 50% 44% Veicoli industriali 11% 33% 56% Automotive 38% 25% 38% Macchine movimento terra 0% 40% 60% Edilizia 0% 0% 100% Siderurgia 0% 100% 0% Tab. 1 Cluster Buono Soddisfacente Insufficiente Grandi getti con formatura a mano 17% 50% 33% Trattori, Macchine agricole 0% 38% 62% Meccanica (riduttori, oleodinamica, meccanica varia) 0% 50% 50% Veicoli industriali 0% 29% 71% Automotive 44% 11% 44% Macchine movimento terra 0% 50% 50% Edilizia 0% 0% 100% Siderurgia 0% 100% 0% Tab. 2 FATTO PARI A 100 IL LIVELLO ANTE-CRISI DEL 2008, QUAL È IL LIVELLO DEL 2014 E QUELLO ATTESO PER IL PRIMO TRIMESTRE DEL 2015? Nel complesso i giudizi sulle proiezioni per il primo trimestre del 2015 convergono verso una situazione di sostanziale stabilità rispetto al 2014 fatte alcune eccezioni meglio argomentate nel corso del dibattito. Da questo punto di vista la situazione appare non drammatica. Ma come è stato rimarcato anche dai presenti, le variazioni tendenziali del 2014 o 2015, rispetto all anno precedente assumono scarsa rilevanza ai fini di un analisi sulle reali condizioni del settore. Il confronto più significativo è quello che utilizza come riferimento il 2008 ovvero l anno in cui è stato raggiunto il picco di massima espansione del ciclo, che poniamo pari a 100. Il rapporto tra i livelli assoluti di domanda rilevati nel 2014 (preconsuntivi) o delle proiezioni sul primo trimestre del 2015, rispetto al livello della capacità produttiva misurata con i risultati produttivi conseguiti nel 2008, evidentemente porta a delle valutazioni, almeno per alcuni cluster analizzati, ben più preoccupanti. Tra i mercati più importanti, se si escludono i cluster dei grandi getti e dell automotive prossimi ai livelli del 2008, l eccesso di capacità produttiva rilevata, va da un minimo di 16%-17% per la trattoristica e macchine agricole ad un massimo del 41%-42% per i veicoli industriali; tra i valori intermedi figurano il 24% della meccanica e il 39%-33% per le macchine movimento terra. Tali riflessioni sull eccesso di capacità produttiva del settore lancia un segnale chiaro anche in merito alle possibili criticità sulla redditività aziendale (Tab. 3). RICORSO ALLA CIG ORDINARIA NEGLI ANNI 2014 E 2013 Il ricorso alla CIG, come puntualizzato dai presenti, non costituisce più un carattere di eccezionalità nella gestione dell impresa; pertanto la stessa analisi di tale indicatore acquista una minor rilevanza rispet- 11

14 economico Cluster 2008 Preconsuntivo Attese 1 Trim Grandi getti con formatura a mano Trattori, Macchine agricole Meccanica (riduttori, oleodinamica, meccanica varia) Veicoli industriali Automotive Macchine movimento terra Edilizia Siderurgia Tab. 3 to al valore che si era soliti attribuirgli negli anni pre-crisi. Stando alle indicazioni emerse, il 50% del campione intervistato ha dichiarato di aver fatto ricorso alla CIG nel 2014; tale percentuale è sostanzialmente in linea a quanto rilevato nel 2013 (52%). Il ricorso alla CIG in quasi tutte le aziende interessate ha riguardato l ultimo trimestre dell anno. Materie prime ROTTAMI L evoluzione delle quotazioni dei rottami da Fonderia per tutta la prima parte dell anno ha seguito un andamento discendente con brevi interruzioni legate essenzialmente ad un temporaneo rinvigorimento della domanda a seguito della ricostituzione delle scorte. Le oscillazioni sono comunque rimaste abbastanza contenute. Il punto di minimo per i rottami è stato toccato lo scorso mese di novembre in cui le quotazioni dei pacchi di lamierino di profondo stampaggio 30X30 sono arrivate a 320 Euro/t (medie mensili listini CCIAA di Milano). massimo dell anno risale allo scorso mese di gennaio con 364 Euro/t. Tra il picco massimo e il minimo dell anno 2014, il delta /t è pari a circa 44 Euro /t su medie mensili. La flessione complessiva recepita nel 2014 (variazione tendenziale su medie anno) per i rottami è di circa -25 Euro/t (-7%). Lo scorso mese di novembre, le quotazioni del rottame siderurgico e per fonderia hanno toccato i minimi livelli degli ultimi 4 anni. Per ritrovare valori simili occorre risalire addirittura a marzo Con i decrementi di fine novembre si è arrestata la fase ribassista facendo così ipotizzare l avvicinarsi di una reazione destinata a riequilibrare il mercato. GHISE IN PANI Sul mercato delle ghise in pani, e per tutto il primo semestre, è prevalso un clima di sostanziale stasi, interrotto bruscamente dagli sviluppi della crisi in Ucraina i cui effetti si sono fatti sentire a partire dal mese di agosto. La fermata di agosto in Italia ha ritardato la rilevazione delle fluttuazioni dei prezzi sulle ghise in pani, facendo si che gli incrementi si siano accumulati fino a raggiungere +20 Euro la tonnellata che sono stati registrati in occasione della prima adunanza Camerale della CCIAA di Milano lo scorso 5 settembre. Lo scenario che si è delineato subito dopo la ripresa dalla fermata estiva ha visto il prezzo delle ghise in pani d affinazione per Acciaieria (voce 300, capitolo 430 CCIAA di Milano) schizzare ai massimi da inizio anno. Per trovare livelli delle quotazioni pari a quelle rilevate a inizio settembre dalla CCIAA ( Euro la tonnellata, +20 Euro/t rispetto a fine luglio) occorre tornare indietro di due anni, ovvero al settembre del 2012 (7 settembre 2012, Euro la tonnellata). Il punto di minimo per le ghise di qualità è stato toccato lo scorso mese di giugno-luglio in cui le quotazioni sono arrivate a 420 Euro/t per l ematite e 410 Euro/t per la sferoidale (medie mensili listini CCIAA di Milano). Tra il picco massimo ed il minimo dell anno 2014, il delta /t è tra Euro /t su medie mensili. La variazione tendenziale su medie anno 2014/2013 per entrambe le tipologie di ghisa è di circa -20 Euro/t (-5%). Riguardo le importazioni di ghisa in pani la situazione a dicembre non si era ancora completamente normalizzata. C era ancora un deficit di fornitura dall Ucraina, i pochi ar- Cluster Aumento Stabilità Diminuzione Grandi getti con formatura a mano Trattori, Macchine agricole Meccanica (riduttori, oleodinamica, meccanica varia) Veicoli industriali Automotive Macchine movimento terra Edilizia Siderurgia Tab. 4 12

15 economico rivi da tale Paese, riguardavano stock accumulati in passato e non facevano riferimento a ghisa di nuova produzione per la quale occorrerà ancora attendere se si considera che gli impianti più colpiti sono stati proprio quelli ubicati nelle aree di Donetsk e Luhansk. E stato segnalato, infine, che gli ultimi arrivi di ghisa in pani dall Ucraina provengono da fonti diverse non tradizionalmente sfruttate in passato. Indici Assofond L inflazionamento legato alla materia prima principale (ghise e rottame) si applica in modo additivo rispetto al costo del prodotto in / tonnellata. Ciò induce ad operare una più corretta comparazione tra il delta del valore mensile di ciascun indicatore rispetto al periodo assunto come base (anno 2002). Nel Grafico 1 è rappresentato il rigo 7 Colonna 3 e 5 della Tabella quota extra materia prima. Dal grafico emerge come il delta stia ritracciando su un nuovo livello di stabilità in prossimità del valore +200 Euro/t rispetto all anno 2002, ovvero +100 Euro/t rispetto alla caduta del Il superciclo cinese aveva imposto il primo raddoppio delle Fig. 1 quotazioni delle materie prime (+200 Euro/t) giustificato dai crescenti investimenti delle società minerarie per aumentare la produzione, la costruzione di nuove navi ecc. ; il secondo raddoppio è arrivato a febbraio del 2008 esplodendo con l impennata che ha portato le quotazioni a sfiorare +500 Euro/t nel primo semestre del Alcuni tra gli imprenditori presenti convergono nell ipotizzare che effettivamente +200 Euro/t possa rappresentare un nuovo punto di equilibrio di lungo periodo con quotazioni che potranno fluttuare all interno di una banda di oscillazione di cui ad oggi non è possibile prevederne l ampiezza. Tal altri, invece, temendo uno scenario macroeconomico più pessimistico caratterizzato da un ulteriore rallentamento delle economie emergenti, valutano plausibile un movimento ancora ribassista del delta quota extra materia prima, con la rottura del livello +200 sopra citato. Dati CAEF Il Presidente ha commentato alcuni grafici estrapolati dalla presentazione CAEF in occasione dell ultimo International Foundry Forum per evidenziare l assottigliamento del peso produttivo dell industria europea dei getti (Paesi CAEF che includono la Turchia) nel panorama mondiale (Fig. 1). Grafico 1 - Quota extra materia prima (Rigo 7 Colonna 3 e 5 Tabella QEMP) Delta mensile VS Anno base = 2002 (Euro / t). A tal riguardo è stato utilmente ricordato come forse valga la pena compiere un ranking mondiale operando però una discriminazione importante tra le ton (tonnellate totali) e le toq (qualità delle tonnellate). Un confronto a livello di commodity (prodotti universalmente sostituibili) tra Paesi CAEF e Cina o India vedrà sicuramente questi ultimi vincenti grazie ai vantaggi competitivi sui costi dei principali fattori produttivi (materia prima, energia elettrica, manodopera). Parallelamente sarebbe 13

16 economico utile replicare lo stesso confronto utilizzando un altro indice che esprima il grado di maturità tecnologica/qualitativa raggiunta dall industria di fonderia ferrosa e non ferrosa, evidenziando anche la tipologia dei getti realizzati. Distinguendo la produzione dei getti ferrosi da quelli non ferrosi, si rileva una fortissima divaricazione nei trend dei due comparti. In particolare emerge come la Fonderia di metalli non ferrosi europea (CAEF) sia meglio riuscita a difendere il proprio posizionamento nello scenario mondiale. A tal riguardo i presenti si sono espressi con opinioni diverse. E stato sottolineato come una delle possibili ragioni alla base di tale gap produttivo (l analisi CAEF si focalizza solo sui volumi realizzati), potrebbe essere di natura commerciale e normativa. La politica commerciale seguita dai produttori di getti non ferrosi, stando alle riflessioni emerse, passa anche attraverso una promozione normativa orientata ad esaltare le prestazioni e le caratteristiche qualitative dei prodotti in leghe non ferrose. Al contrario, l atteggiamento dei produttori di getti ferrosi, a livello mondiale, è maggiormente improntato alla prudenza; la politica normativa è meno indirizzata a mettere in risalto gli aspetti qualitativi. Secondo un altra visione espressa, il principale contributo al vantaggio di crescita cumulato della Fonderia di getti non ferrosi a livello mondiale (le performance CAEF appaiono comunque modeste nel contesto globale), risiede in primis nella forte vocazione di tale comparto verso il mercato dei mezzi di trasporto che assorbe circa il 50% dei volumi. L automotive è stato il vero volano dell espansione produttiva dei getti non ferrosi. Fig. 2 Infine, è stato ricordato che il minor peso dell Europa e della stessa Italia in termini di volumi (tonnellate prodotte) sia conseguente alla tendenziale riprogettazione di tutti i prodotti, in particolare per le applicazioni automotive, finalizzata alla riduzione dei pesi. Infatti a fronte di un minor volume prodotto spesso il numero dei pezzi corrispondenti è invariato (Figg. 2 e 3). Fig. 3 14

17 Elgraph Ricarburanti per una migliore efficienza E ben noto che oggi le ghise sono prodotte rispettando sia gli standard più elevati sia i controlli più stringenti: per far fronte a queste sfide nel modo migliore, Elkem ha sistematicamente ampliato la gamma dei propri prodotti. Elgraph Premium e Superior sono ricarburanti grafitizzati prodotti in Norvegia. Il nostro particolare processo produttivo, caratterizzato da temperature molto elevate, garantisce l ottenimento di ricarburanti con le seguenti proprietà: con alta frazione cristallina che assicura dissoluzione più rapida e maggiore riproducibilità delle aggiunte migliore utilizzazione della capacità produttiva grazie al contenimento dei tempi di fusione Azoto e di Idrogeno che riducono i rischi di problemi correlati alla presenza di pinholes Il nostro processo di produzione in continuo garantisce non solo la costanza della qualità ma permette anche di ottenere un prodotto dalle prestazioni molto stabili e caratterizzato dai seguenti vantaggi: scarti di produzione menti per quantificare le aggiunte di correzione confronto a prodotti di altra origine (es. rottami da elettrodo) Per ulteriori informazioni, in Italia contattate: Elkem S.r.l. Via Giuseppe Frua, MILANO Tel Fax Continuity Reliability Sustainability

18 economico economico economico economico economico economico M. Favini 48 Census: costante crescita dell output mondiale di getti Produzione 2013 vs 2012 Nel 2013 prosegue la crescita della produzione mondiale di getti. Complessivamente sono state prodotte 103 milioni di tonnellate superando di 3.43 milioni di tonnellate l output mondiale di getti del Il tasso di crescita registrato è stato pari a +3.4% ovvero un punto percentuale sopra l impulso acquisito nel 2012 (+2.4%). Dei 31 Paesi che hanno partecipato all indagine, ben 18 hanno riportato una flessione annua nei volumi del 2013 rispetto al La Polonia ha conseguito una crescita del +18% guadagnando terreno sull intera gamma di leghe prodotte. Il Pakistan al contrario si è distinto per l entità della contrazione produttiva, -23.2%. Nel 2013, tra i principali produttori mondiali, il Brasile è riuscito a conquistare il tasso di sviluppo più vigoroso (+6.9% rispetto alle tonnellate del 2012). La produzione cinese di getti nel 2013 si è portata a 44.5 milioni di tonnellate, +2 milioni rispetto all anno precedente. Il contributo cinese alla crescita dell output mondiale di getti rimane significativo e la propria quota di mercato si espande ulteriormente (43% nel 2013, 42% nel 2012). Il secondo produttore mondiale, gli USA, hanno prodotto milioni di tonnellate, mentre il tasso di incremento rispetto al 2012 ha sfiorato il +4% (+3.9%). Al contrario, il bilancio produttivo del 2013, si è chiuso negativamente per alcuni dei Paesi che rientrano nel ranking dei top 10, ovvero Francia, Germania e Russia. La flessione riportata ha oscillato tra -3% e -5%. Ranking Mondiale 2013, Top 10 Complessivamente i primi 10 produttori, come nel 2012, anche nel 2013 hanno realizzato l 88% dell output mondiale di getti. La classifica mondiale dei top 10 relativa al 2013 è rimasta invariata rispetto al 2012 ed al

19 economico ANNO

20 economico Produttività media annua 2013: produzione media per impresa In riferimento ai principali produttori, il Census calcola, anche per il 2013, la produzione media per impianto esprimendola come rapporto tra i volumi realizzati dai singoli Paesi ed il relativo numero di Fonderie attive. Sotto il profilo della produttività media per impresa, la Germania si è confermata leader mondiale con un ulteriore incremento (+41 tonnellate per impianto) rispetto ai dati del 2012 ed una produzione media per impianto pari a tonnellate nel Cina e India, i due Paesi con il maggior numero di impianti al mondo, hanno riportato rispettivamente un miglioramento del 4.73% e del 2.7%. Le leghe prodotte La produzione complessiva di getti di ghisa è cresciuta, sostenuta dalla ghisa grigia (+4.6%) ed in minor misura da quella sferoidale (1.3%). Il contributo della ghisa malleabile è stato La Cina è rimasta di gran lunga il maggior produttore al mondo, con un volume complessivo di getti di 44.5 milioni di tonnellate che rappresenta il 43% della produzione mondiale. Gli Stati Uniti conservano il secondo posto sfilato all India nel 2011 con milioni di tonnellate. L India si è confermata terzo produttore mondiale con 9.81 milioni di tonnellate. Seguono: 4 Giappone (5.54 milioni di tonnellate); 5 Germania (5.19 milioni di tonnellate); 6 Russia (4.1 milioni di tonnellate); 7 Brasile (3.07 milioni di tonnellate); 8 Corea (2.56 milioni di tonnellate); 9 Italia (1.97 milioni di tonnellate); 10 Francia (1.75 milioni di tonnellate). 18

21 economico negativo (-27.1%). L output dei getti di acciaio ha chiuso il 2013 in sostanziale stabilità (- 0.1%), mentre la produzione di getti di alluminio ha avuto un rimbalzo pari a circa il +10% (9.9%). 19

22 economico La produzione mondiale tra alti e bassi La produzione mondiale di getti nel 2013 ha fatto registrare un espansione, ma al netto del contributo cinese, il volume totale è aumentato meno di un milione e mezzo di tonnellate. Dopo un apporto alla crescita totale del 15,1% nel 2012, il mercato USA ha avuto lo scorso anno una dinamica più modesta. Mentre l economia globale nel suo complesso prosegue sul proprio sentiero di stabilizzazione, il percorso dei diversi Paesi presenta forti divaricazioni con perdite per alcuni e guadagni per altri. In particolare, i produttori più piccoli, hanno sperimentato perdite e/o guadagni in doppia cifra; al contrario, per la maggior parte dei più grandi produttori mondiali, non ci sono state grossi scostamenti nel trend che è proseguito in salita o con qualche lieve contrazione. Nel 2013, la produzione dei Top 10 ha registrato un tasso complessivo di crescita dell 1,9%, che potrebbe indicare come la maggior parte di volatilità a livello mondiale si trovi in mercati più piccoli. NOTE METODOLOGICHE: i dati elaborati ai fini del 48 Census mondiale sono stati forniti dalle Associazioni che all interno dei singoli Paesi rappresentano l industria di Fonderia. In questa edizione è mancata la collaborazione di: Danimarca, Messico, Serbia, Slovacchia e Sud Africa. Per questi Paesi sono stati riportati gli ultimi dati usufruibili. La Mongolia è stata eliminata dall elenco poiché gli ultimi dati disponibili per tale Paese risalgono al La Tailandia, dopo una lunga assenza, è stata nuovamente inserita in questa edizione dell indagine con una produzione di tonnellate. Messico, Ucraina e Turchia sono per poche tonnellate esclusi dal ranking dei Top 10. In relazione alle condizioni economiche che si presenteranno nei prossimi anni questi tre Paesi potrebbero minacciare di scalzare uno o più dei produttori di getti più affermati nella classifica mondiale, come la Francia e l Italia. Fonte: Traduzione liberamente tratta da Modern Casting - Dicembre

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26 economico economico economico economico economico economico La Fonderia in USA vedrà aumentare le proprie vendite fino al 2016 FINO AL 2016 LE PROIEZIONI INDICANO UNA CRESCITA MODERATA PER TUTTE LE LEGHE DI FONDERIA, MENTRE NEL LUNGO TERMINE È PREVISTO UN APPIATTIMENTO DEL TREND DI MERCATO Anche quest anno l American Foundry Society, ha replicato l analisi previsionale sull industria di Fonderia americana. Stando alle indicazioni emerse, le vendite di getti in America raggiungeranno circa 33,51 Miliardi di dollari nel 2017 grazie al sentiero di crescita imboccato dopo la drammatica parentesi recessiva per l industria americana iniziata nel 2008 ed esauritasi nella prima parte del Dopo aver raggiunto il picco di massima espansione nel 2007, l industria di Fonderia americana ha sperimentato un tracollo delle proprie vendite, precipitate a 21,6 miliardi di dollari nel Nel 2010 è iniziata la ripresa con un primo rimbalzo del 18% rispetto al precedente anno ed un livello pari a 25,46 miliardi di dollari. Il rilancio del settore è proseguito nel 2011, quando le vendite hanno raggiunto 29,64 miliardi di dollari. Nel breve termine, l analisi di AFS, prospetta una crescita generalizzata per tutte le tipologie di getti; per quelli microfusi, in acciaio, alluminio e rame viene stimato un aumento superiore al +3% dal 2014 al 2016, mentre per i getti di ghisa a grafite compatta si attende uno sviluppo superiore pari a 4.82% che potrebbe essere indotto dalla costruzione di nuovi motori, turbine ed applicazioni generali nel settore degli organi di trasmissione. L incremento previsto per i getti microfusi in acciaio potrebbe essere stimolato dalla significativa crescita nell ambito del mercato legato agli articoli sportivi ed all atletica e presumibilmente anche dalla produzione di armi leggere e dal mercato delle valvole. I getti in alluminio e in ghisa duttile mostreranno le stesse tendenze di crescita del 3% fino al Le leghe a base rame e le altre leghe mostreranno un trend in crescita fino al

27 economico L impulso per i getti di alluminio dovrebbe arrivare, invece, dagli organi di trasmissione di potenza ed automotive. L industria di Fonderia in America è costituita da imprese. Il tessuto produttivo ha subito un significativo ridimensionamento negli ultimi 5 anni, attribuibile a diverse motivazioni tra le quali figurano principalmente: la recessione economica, lo sviluppo tecnologico del comparto, la concorrenza internazionale e le più stringenti normative. La capacità produttiva annua del comparto è valutata in 15,5 milioni di tonnellate, mentre lo sfruttamento degli impianti è stato stimato in circa l 81% per il In termini di volumi, gli USA si posizionano al secondo posto nella classifica dei maggiori produttori mondiali di getti. Stando ai risultati dell ultimo Censimento Mondiale sulla produzione di getti condotto da Modern Casting, la Cina è rimasta di gran lunga il leader mondiale, con un volume complessivo di getti di 44,5 milioni di tonnellate che rappresenta il 43% della produzione mondiale (cfr articolo 48 Census pubblicato in questo numero di Industria Fusoria). Gli Stati Uniti conservano il secondo posto sfilato all India nel 2011 con 12,25 milioni di tonnellate, mentre l India si è confermata terzo produttore con 9,81 milioni di tonnellate. Seguono: 4 Giappone (5,54 milioni di tonnellate); 5 Germania (5,19 milioni di tonnellate); 6 Russia (4,1 milioni di tonnellate); 7 Brasile (3,07 milioni di tonnellate); 8 Corea (2,56 milioni di tonnellate); 9 Italia (1,97 milioni di tonnellate); 10 Francia (1,75 milioni di tonnellate). Di seguito riportiamo una serie di tabelle tratte dall articolo originale Industry to See Continued, short-term Growth pubblicato sul numero di gennaio 2015 di Modern Casting del cui testo è stata presentata una sintesi in precedenza. Le tavole che proponiamo costituiscono le proiezioni fino al 2023 delle spedizioni americane di getti suddivise per tipologia di metallo e mercato di destinazione. AFS (America Foundry Society, Schaumburg, III), l autore dell articolo, informa che i dati riportati nelle tavole in questione sono stati elaborati mediante l utilizzo di modelli econometrici previsionali e sono da considerarsi esclusivamente come valori stimati, pertanto AFS non può essere ritenuta responsabile circa la loro accuratezza. MERCATO GETTI DI GHISA GRIGIA Utility Construction NAICS (North American Industry Classification System) 2371 Crescita annua a breve termine ,57% Crescita annua a lungo termine ,11% Highway, Street and Bridge Construction NAICS Crescita annua a breve termine ,3% Crescita annua a lungo termine ,67% Metal Valve - NAICS Crescita annua a breve termine ,02% Crescita annua a lungo termine ,17% Machine Tool Manufacturing NAIC Crescita annua a breve termine ,15% Crescita annua a lungo termine ,75% Farm Machinary and Equipment Manufacturing - NAICS Crescita annua a breve termine ,4% Crescita annua a lungo termine ,99% Construction Machinery NAICS Crescita annua a breve termine ,55% Crescita annua a lungo termine ,94% Other Industrial Machinery - NAICS Crescita annua a breve termine ,3 % Crescita annua a lungo termine ,11% Speed Changer, Industrial High-Speed Drive and Gear - NAICS Crescita annua a breve termine ,08% Crescita annua a lungo termine ,63% Other Engine Equipment - NAICS Crescita annua a breve termine ,59% Crescita annua a lungo termine ,66% Pump and Pumping Equipment NAICS Crescita annua a breve termine ,57% Crescita annua a lungo termine ,78% Automobile and Light Duty Motor Vehicle NAICS Crescita annua a breve termine ,76% Crescita annua a lungo termine ,28% TOTALE Crescita annua a breve termine ,07% Crescita annua a lungo termine ,54% Previsioni vendite per il $ 25

28 economico MERCATO GETTI DI GHISA DUTTILE Pipe, Fittings, Ingot Molds - NAICS Crescita annua a breve termine ,04% Crescita annua a lungo termine ,5% Metal Valve - NAICS Crescita annua a breve termine ,7% Crescita annua a lungo termine ,57% Farm Machinary and Equipment Manufacturing - NAICS Crescita annua a breve termine ,05% Crescita annua a lungo termine ,44% Construction Machinery - NAICS Crescita annua a breve termine ,24% Crescita annua a lungo termine ,36% Oil and Gas Field Machinery - NAICS Crescita annua a breve termine ,02% Crescita annua a lungo termine ,62% Pump and compressor Manufacturing NAICS Crescita annua a breve termine ,29% Crescita annua a lungo termine ,2% Other Engine Equipment - NAICS Crescita annua a breve termine ,25% Crescita annua a lungo termine ,08% Automobile and Light Duty Motor Vehicle NAICS Crescita annua a breve termine ,43% Crescita annua a lungo termine ,68% Heavy Duty Truck NAICS Crescita annua a breve termine ,8% Crescita annua a lungo termine ,08% TOTALE Crescita annua a breve termine ,34% Crescita annua a lungo termine ,66% Previsioni vendite per il $ MERCATO GETTI DI GHISA A GRAFITE COMPATTA Other Engine Equipment Manufacturing NAICS Crescita annua a breve termine ,28% Crescita annua a lungo termine ,26% Engine, Turbine and power Transmissions Equipment - NAIC 3336 Crescita annua a breve termine ,6% Crescita annua a lungo termine ,79% TOTALE Crescita annua a breve termine ,82% Crescita annua a lungo termine % Previsioni vendite per il $ Metal Valve - NAICS Crescita annua a breve termine ,46% Crescita annua a lungo termine ,18% Construction Machinery Equipment NAICS Crescita annua a breve termine ,59% Crescita annua a lungo termine ,84% Mining Machinery and Equipment NAICS Crescita annua a breve termine ,05% Crescita annua a lungo termine ,35% Oil and Gas Fiel Equipment - NAICS Crescita annua a breve termine ,13% Crescita annua a lungo termine ,6% Industrial and Commercial Fan and Blower NAICS Crescita annua a breve termine ,81% Crescita annua a lungo termine ,16% MERCATO GETTI DI ACCIAIO (non include le Fonderie di precisione) Engine, Turbine and Power Transmission Equipment - NAICS 3336 Crescita annua a breve termine ,6% Crescita annua a lungo termine ,18% Industrial Process Furnace and Oven NAICS Crescita annua a breve termine ,83% Crescita annua a lungo termine ,79% Railroad Rolling Stock - NAICS 3365 Crescita annua a breve termine ,8% Crescita annua a lungo termine ,26% TOTALE Crescita annua a breve termine ,31% Crescita annua a lungo termine ,47% Previsioni vendite per il $ 26

29 economico MERCATO GETTI DI PRECISIONE Sporting and Athletic Goods Manufactruing NAICS Crescita annua a breve termine ,44% Crescita annua a lungo termine ,73% Industrial Valve - NAICS Crescita annua a breve termine ,44% Crescita annua a lungo termine ,73% Small Arm Manufacturing - NAICS Crescita annua a breve termine ,21% Crescita annua a lungo termine ,19% Engine, Turbine and Power Transmission Equipment - NAICS 3336 Crescita annua a breve termine ,83% Crescita annua a lungo termine ,63% Transportation Equipment Manufacturing NAICS 336 Crescita annua a breve termine ,21% Crescita annua a lungo termine ,3% Hand and Engine,Tool Manufacturing NAICS Crescita annua a breve termine ,42% Crescita annua a lungo termine ,44% TOTALE Crescita annua a breve termine ,05% Crescita annua a lungo termine ,71% Previsioni vendite per il $ MERCATO GETTI DI ALLUMINIO HAVC and Commercial Refrigeration Equipment - NAICS Crescita annua a breve termine ,73% Crescita annua a lungo termine ,68% Engine,Turbine and Power Transimission Equipment - NAICS 3336 Crescita annua a breve termine ,22% Crescita annua a lungo termine ,75% Navigational, Measuring and Control Instruments - NAICS 3345 Crescita annua a breve termine ,3% Crescita annua a lungo termine ,1% Household Appliance - NAICS 3352 Crescita annua a breve termine ,27% Crescita annua a lungo termine ,73% Transportation Equipment - NAICS 336 Crescita annua a breve termine ,8% Crescita annua a lungo termine ,62% Motor Vehicles - NAICS 3361 Crescita annua a breve termine ,34% Crescita annua a lungo termine ,31% Aerospace Products and Part NAICS 3364 Crescita annua a breve termine ,21% Crescita annua a lungo termine ,36% TOTALE Crescita annua a breve termine ,13% Crescita annua a lungo termine ,63% Previsioni vendite per il $ MERCATO GETTI DI ZINCO E DI LEGHE A BASE PIOMBO Electrical Equipment Manufacturing NAICS Crescita annua a breve termine ,42% Crescita annua a lungo termine ,81% Noncurrent-Carrying Wiring Device NAICS Crescita annua a breve termine ,31% Crescita annua a lungo termine ,66% Transportation Equipment - NAICS 336 Crescita annua a breve termine ,64% Crescita annua a lungo termine ,12% TOTALE Crescita annua a breve termine ,33% Crescita annua a lungo termine ,48% Previsioni vendite per il $ 27

30 economico MERCATO GETTI DI LEGHE A BASE RAME Hardware - NAICS Crescita annua a breve termine ,04% Crescita annua a lungo termine ,84% Industrial Valve - NAICS Crescita annua a breve termine ,19% Crescita annua a lungo termine ,44% Speed Changer, Industrial High-Speed Drive and Gear - NAICS Crescita annua a breve termine ,53% Crescita annua a lungo termine ,27% Pump and Pump Compressor - NAICS Crescita annua a breve termine ,23% Crescita annua a lungo termine ,25% Plumbing Fixture Fitting and Trim NAICS Crescita annua a breve termine ,53% Crescita annua a lungo termine ,08% TOTALE Crescita annua a breve termine ,5% Crescita annua a lungo termine ,79% Previsioni vendite per il $ Hand and Edge Tool Manufacturing NAICS Crescita annua a breve termine ,16% Crescita annua a lungo termine ,34% Sporting and Athletic Goods NAICS Crescita annua a breve termine ,46% Crescita annua a lungo termine ,25% MERCATO GETTI DI MAGNESIO Transportation Equipment - NAICS 336 Crescita annua a breve termine ,98% Crescita annua a lungo termine ,39% TOTALE Crescita annua a breve termine ,06% Crescita annua a lungo termine ,61% Previsioni vendite per il $ Gli stati dell unione Di seguito proponiamo un secondo articolo tratto da Modern Casting che offre una fotografia dell industria americana di Fonderia operando alcuni approfondimenti in relazione al tipo di lega, al tipo di processo, all ubicazione, al valore aggiunto dei servizi offerti ed al processo di formatura della anime. Lo studio si basa su un indagine condotta presso imprese americane che rappresentano l 86.1% dell intera industria americana (1.965 Fonderie). La percentuale riflette il numero di imprese intervistate che ha risposto a ciascun quesito. Per il calcolo delle medie, dal computo sono stati scartati i valori estremi per ciascuna categoria e la somma è stata divisa per il numero di risposte. Metallo Leader: Alluminio Last Place: Titanio Dal punto di vista della tipologia di leghe prodotte, le Fonderie di alluminio e sue leghe, sono al primo posto nell industria di Fonderia americana con 800 imprese (47.3% del totale). Tale percentuale è leggermente cresciuta rispetto ai risultati dello scorso anno (46.6%, 788 su imprese). La ghisa è al secondo posto, con 25.5% di imprese dedite alla fusione di tale lega, in flessione del 4% rispetto allo scorso anno. Sessantadue imprese (3.7%) trattano contemporaneamente alluminio, ghisa e acciaio, mentre 118 (7%) fondono alluminio e ghisa. Il titanio occupa una posizione marginale, con solo 21 imprese che lo producono. Tuttavia, sotto il profilo dei volumi prodotti, l alluminio si posiziona al terzo posto dopo la ghisa duttile e quella grigia. Ubicazione Fonderie USA per Stato Leader: Ohio Last Place: Alaska, Hawaii, North Dakota L Ohio spicca per una maggiore concentrazione di Fonderie rispetto agli altri Stati USA (158 imprese pari al 9.4% del totale). 28

31 economico Nel 2014 la Pennsylvania ha incrementato il proprio numero di Fonderie di due unità raggiungendo un totale di 134 imprese. Tale modesta variazione le è stata sufficiente per guadagnare il secondo posto scalzando la California che nello stesso anno è rimasta ferma su 133 unità retrocedendo al terzo posto. Wisconsin si posiziona al quarto posto con 125 aziende, mentre Michigan e Illinois contano rispettivamente 121 e 116 impianti. Alaska, Hawaii e North Dakota, così come District of Columbia hanno ciascuno una sola Fonderia. Gli altri Stati con meno di 10 imprese sono Idaho, Louisiana, Maryland, Maine, Mississippi, Nebraska, New Mexico, Nevada, South Dakota, Vermont, West Virginia e Wyoming. Infine, nello Stato Delaware l industria di Fonderia è totalmente assente. Processo Produttivo Leader: Formatura in sabbia a verde con linea orizzontale Last Place: V-Process (Vacuum-Process) Nell industria di Fonderia americana, il processo di formatura in sabbia a verde con linea orizzontale è quello di gran lunga preferito; lo utilizza il 38.7% delle imprese (655 su Fonderie), leggermente in crescita rispetto ai dati del Il processo alternativo, ovvero quello a verde con formatura verticale, viene impiegato dal 12.3% delle imprese. Il processo nobake viene al secondo posto con 604 imprese pari al 35.7% del totale. Infine, molte imprese intervistate impiegano una combinazione di più processi. 120 imprese realizzano getti con formatura in sabbia a verde in forma permanente (7.1%); 433 Fonderie hanno formature in sabbia verde e nobake (25.6%). Solamente 7 delle imprese intervistate adoperano il processo vacuum, un metodo che impiega il vuoto per realizzare la forma in sabbia senza utilizzo di leganti. Servizi che incrementano il valore aggiunto del getto Leader: lavorazioni meccaniche Last Place: verniciatura Il 70.2% delle imprese che hanno aderito all indagine (1.187 su 1.692) offrono almeno un servizio a valore aggiunto. La lavorazione meccanica è quello maggiormente diffuso con 908 imprese (53.7% del totale) che offrono servizi di finitura e 892 di sgrossatura (53.4%). Il trattamento termico, la realizzazione dei modelli, la progettazione e l ingegnerizzazione insieme totalizzano più di 700 imprese. La maggior parte delle imprese offrono una molteplicità di servizi a valore aggiunto; il 93.3% (1.105 su 1.188) è in grado di supportare il cliente con almeno due servizi; il 55% delle Fonderie intervistate somministrano tutti e 10 i servizi menzionati (si veda grafico). La prototipizzazione e la verniciatura rappresentano i servizi meno diffusi e vengono praticati rispettivamente da 290 e 217 Fonderie. Metodi per la formatura delle anime Leader: Shell Last Place: Cast-in Inserts Poco più della metà delle Fonderie intervistate (893) ha il reparto interno per la formatura delle anime. I metodi Shell e air-set/nobake si collocano ai primi posti della classifica, con rispettivamente 609 e 571 imprese. I processi di formatura meno impiegati sono quelli che producono le anime in ceramica (99 aziende) o utilizzano inserti (40 aziende). Circa l 80% delle imprese utilizzano più di un metodo tra quelli sopraccitati per la formatura delle anime, mentre solo 182 impianti si avvalgono di un solo procedimento. La combinazione di shell e air-set/nobake rappresenta quella più diffusa, con 416 imprese, mentre 340 adoperano la combinazione shell/green sand. Fonte: Traduzione liberamente tratta da Modern Casting Gennaio

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34 economico economico economico M. Prando economico economico economico M. Favini La diagnosi energetica: l impatto sulle Fonderie ed il supporto offerto da Assofond Il 19 luglio dello scorso anno è stato pubblicato il Decreto Legislativo 102/2014 che recepisce la Direttiva Europea 2012/27/UE e definisce un insieme di misure per la promozione e il miglioramento dell efficienza energetica, volte al conseguimento dell obiettivo nazionale di riduzione dei consumi finali di energia. L obiettivo nazionale di risparmio, individuato all Art. 3 del Decreto, consiste nella riduzione, entro l anno 2020, di 20 milioni di tonnellate equivalenti di petrolio di consumo di energia primaria, pari a 15,5 milioni di tonnellate equivalenti di petrolio di energia finale, conteggiati a partire dal Per raggiungere lo scopo, il decreto introduce un insieme di misure e identifica alcuni strumenti, tra cui la Diagnosi Energetica ed i Sistemi di Gestione dell Energia. In relazione all impatto che l adempimento ha sulle imprese del Settore delle Fonderie (sono oltre 100 le imprese associate che rientrano nell obbligo), Assofond ha ritenuto di strutturare uno specifico Servizio allo scopo di fornire un supporto diretto nella realizzazione delle Diagnosi Energetica. Dopo una attività di validazione presso un primo gruppo di Fonderie già individuate e che hanno aderito al progetto, ASSOFOND si è posta l obiettivo di definire una specifica Linea Guida per i processi di fonderia ferrosa e non ferrosa. Nel seguito di questo articolo, entreremo nel dettaglio delle regole da seguire nella esecuzione della Diagnosi Energetica, per poi descrivere le attività messe in campo da Assofond. Cosa è la Diagnosi Energetica La Diagnosi energetica è una procedura sistematica volta a fornire un adeguata conoscenza del profilo di consumo energetico di un edificio o gruppo di edifici di una attività e/o impianto industriale o di servizi pubblici o privati e individuare e quantificare le opportunità di risparmio energetico sotto il profilo costibenefici. Lo scopo della Diagnosi Energetica è, quindi, quello di rendere disponibile una descrizione del sistema energetico di una Organizzazione, definendo i possibili interventi di miglioramento dell efficienza e quantificandone i conseguenti risparmi. Il D.Lgs.102/2014 obbliga (Art. 8), i soggetti elencati nel prossimo paragrafo, all esecuzione della prima Diagnosi Energetica entro il 5 dicembre del La Diagnosi deve essere, successivamente, ripetuta con cadenza quadriennale. Chi sono i soggetti obbligati alla sua esecuzione I soggetti obbligati alla esecuzione della Diagnosi Energetica sono: grandi imprese (Art. 2 comma 1 lettera v) D.Lgs 102/2014): imprese che occupano più di 250 persone, il cui fatturato annuo supera i 50 milioni di euro o il cui totale di bilancio annuo supera i 43 milioni di euro; imprese a forte consumo di 32

35 economico energia (Art. 2 DM 5 Aprile 2013): imprese del settore manifatturiero (con codice ATE- CO 10.xx.xx 33.xx.xx) con un consumo di energia annuo maggiore di 2.4 GWh e un incidenza del costo energetico sul fatturato annuo maggiore o uguale al 3% (art. 39, comma 1, d.lgs. 83/2012); imprese aventi diritto agli sgravi sugli oneri in bolletta: imprese del settore manifatturiero (con codice ATECO 10.xx.xx 33.xx.xx) con un consumo di energia elettrica annuo maggiore di 2.4 GWh e un incidenza del costo energetico sul fatturato annuo maggiore o uguale al 2% (dall art. 39, comma 3, d.lgs 83/2012). L obbligo non si applica alle grandi imprese che adottino sistemi di gestione conformi ad EMAS, sistemi di gestione conformi alle norme ISO oppure sistemi di gestione conformi alle norme EN ISO 14001, a condizione che tale sistema di gestione includa audit energetici realizzati in conformità all Allegato_2 del D.Lgs 102/2014. Chi è autorizzato all esecuzione della Diagnosi Energetica La Diagnosi è eseguita dal Responsabile della Diagnosi Energetica (REDE) che, normalmente, è un professionista appartenente ad una società di servizi energetici (ESCO), un esperto in gestione dell energia (EGE) o un auditor energetico. Il REDE può essere affiancato, nella sua attività, da esperti del processo produttivo oggetto della diagnosi. Decorsi 24 mesi dall entrata in vigore del decreto 102/2014, le diagnosi potranno essere eseguite solo da soggetti certificati da organismi accreditati, in base alle norme UNI CEI (cioè aziende Esco Energy Service Company Certificate) o UNI CEI (cioè EGE Esperti in Gestione dell Energia Certificati). Il soggetto autorizzato alla esecuzione della Diagnosi Energetica, nel caso di aziende che adottino lo schema EMAS, è l ISPRA. Cosa succede in caso di inottemperanza I soggetti obbligati alla diagnosi energetica dovranno pagare una sanzione (Art. 16) che, in funzione della dimensione della azienda, può variare tra e Euro. I proventi delle sanzioni sono destinati ad alimentare il fondo per l efficienza energetica previsto nel decreto. Quali sono i requisiti stabiliti per la Diagnosi Energetica La Diagnosi Energetica deve avere le caratteristiche indicate nell Allegato 2 del D. Lgs 102/2014 che ricordiamo: a. è basata su dati operativi misurati e tracciabili; b. comprende l esame dettagliato del profilo di consumo energetico di edifici o di gruppi di edifici, di attività o impianti industriali, ivi compreso il trasposto; c. si basa sull analisi del costo del ciclo di vita, invece che su semplici periodi di ammortamento, in modo da tener conto dei risparmi a lungo termine, dei valori residuali degli investimenti a lungo termine e dei tassi di sconto; d. è proporzionata e sufficientemente rappresentativa per consentire di tracciare un quadro fedele della prestazione energetica globale e di individuare in modo affidabile le opportunità di miglioramento più significative. e. consente calcoli dettagliati e convalidati per le misure proposte in modo da fornire informazioni chiare sui potenziali risparmi. Ciascuno dei requisiti elencati all Allegato II del Decreto trova puntuale riscontro nello standard CEI EN La Diagnosi Energetica secondo lo standard CEI EN Secondo lo standard UNI CEI EN la Diagnosi Energetica, svolta dal Responsabile della Diagnosi Energetica (REDE) deve prevedere almeno le fasi seguenti (Fig. 1): 1. Contatto ed incontro preliminare: lo scopo principale del contatto e dell incontro preliminare è la condivisione con il Committente (Management Aziendale e Tecnici coinvolti nella diagnosi) delle modalità di esecuzione, tempistiche ed obiettivi della Diagnosi Energetica. Questa fase può essere finalizzata anche alla preventiva raccolta di dati e informazioni necessari ad un primo inquadramento della problematica energetica nello stabilimento (bollette e contratti di fornitura energetica, layout di processo, utilities, principali prodotti e livelli produttivi, materie prime ecc.). 2. Raccolta dati: per ogni utilizzo del quale sono disponibili dati storici di consumo energetico (contatori gas, POD energia elettrica ) vengono raccolti i dati relativi ad un periodo sufficientemente lungo (2/3 anni) che consentano il calcolo di Indici di Prestazione Energetica. Accanto ai dati energetici ricavati dai misuratori di energia, devono essere raccolte informazioni relative ai fattori di aggiustamento definibili come grandezze quantificabili che influenzano il consumo energetico e che sono utilizzate per normalizzare in modo omogeneo i consumi. Esempio: livello produttivo, turni di lavoro, condizioni ambientali Accanto alle informazioni di carattere energetico è necessario raccogliere le informazioni di carattere economico ovvero le strutture dei costi dei vettori energetici. 3. Analisi dei dati: la analisi dei dati deve portare all ottenimento di Indicatori di Presta- 33

36 economico Sottolineiamo che la Diagnosi Energetica verrà svolta conformemente ai criteri definiti dall allegato 2 del decreto, e alle indicazioni della normativa Tecnica UNI CEI EN Diagnosi Energetica che definisce i requisiti, la metodologia e la reportistica di una diagnosi energetica nell ambito di un processo; in particolare la metodologia con cui saranno condotti gli audit ed elaborata la Diagnosi Energetica, sarà messa a punto dal Gruppo di lavoro in relazione alle specificità tecnico/impiantistiche e produttive delle imprese rappresentate in Assofond. Preparazione di una Linea Guida per la esecuzione delle Diagnosi Energetiche in Fonderia Fig. 1 zione Energetica da confrontare con indici tipici della stessa tipologia di attività (Indicatori di Prestazione Energetica Obiettivo) per evidenziare quale sia il potenziale di efficienza presente nel sistema in esame. 4. Identificazione delle opportunità di miglioramento: se esiste uno scarto significativo tra l indice di prestazione operativo ottenuto e quello operativo, si individuano le misure di miglioramento che consentano il loro riallineamento 5. Analisi costo/beneficio: per ognuno degli interventi identificati al punto 4) sono condotte le rispettive analisi di fattibilità tecnico-economiche e definite, conseguentemente, le priorità di intervento. Il supporto offerto da ASSOFOND alle Fonderie associate Come anticipato, in relazione all impatto che l adempimento ha sulle imprese del Settore delle Fonderie sono oltre 100 le imprese associate che rientrano nell obbligo, Assofond ha ritenuto di strutturare uno specifico Servizio allo scopo di fornire un supporto diretto nella realizzazione delle Diagnosi Energetica. La diagnosi verrà eseguita da un Gruppo di lavoro costituito da specialisti con i quali Assofond ha sottoscritto uno specifico accordo, affiancati dai Tecnici di Assofond per focalizzare l intervento sulle specificità del Settore. Dopo una attività di validazione presso un primo gruppo di Fonderie già individuate e che hanno aderito al progetto, AS- SOFOND si è posta l obiettivo di definire una specifica Linea Guida per i processi di fonderia ferrosa e non ferrosa. Intenzione di Assofond è, inoltre, quella di sottoporre la Linea Guida ad ENEA al quale sono attribuiti, fra i vari compiti, quelli di svolgere dei controlli sulle diagnosi effettuate e trasmesse dai soggetti obbligati, allo scopo di accertarne la conformità alle prescrizioni dell Allegato 2 e alle norme tecniche che saranno emanate ai sensi del comma 2 dell articolo 12 del Decreto. Le Diagnosi Energetiche saranno finalizzate all individuazione degli interventi più efficaci per ridurre i consumi di energia anche tramite analisi dei costibenefici e dovranno valutare tutti i possibili interventi fattibili non solo tecnicamente, ma economicamente sostenibili, di risparmio e di recupero di energia. 34

37 economico Assofond ha sottoscritto uno specifico accordo con società specializzate che affiancheranno, nel corso della Diagnosi, i tecnici di Assofond. Le società partner saranno Sogesca ed Universal Sun delle quali riportiamo un breve profilo. SOGESCA SOGESCA è al servizio delle imprese dal Lo staff è composto da venti tecnici laureati in diverse discipline con una prevalenza ingegneristica. I punti di forza della società sono: Personale con esperienza pluriennale nel settore energetico e con qualifiche specifiche (EGE). Familiarità con il percorso per i Titoli di Efficienza Energetica garantendo alle imprese vicinanza territoriale e presenza a Roma con le organizzazioni competenti. Progetti in corso per alcune migliaia di MWh elettrici e termici e relative pratiche per i TEE. Valutazione degli interventi in base a considerazioni di opportunità, tempi di ritorno, IRR. Supporto anche per i progetti complessi (es. recuperi di calore). Competenza ed esperienza specifica nel settore metallurgico con molte decine di clienti del settore (acciaierie e fonderie). Collaborazione con Assofond nella gestione ambientale dal 2002 al Dieci anni di esperienza nel settore energetico. Quasi trenta anni di esperienza complessiva (dal 1986). Possesso delle certificazioni ISO 9001 e ISO Praticità con l integrazione dell analisi energetica con la baseline di riferimento per la ISO e/o l EMAS. Progettazione dei sistemi di gestione dell energia ISO I PARTNER DI ASSOFOND UNIVERSAL SUN Universal Sun è una ESCo accreditata presso il GSE che opera nell ambito dell efficienza energetica. Il punto di forza di Universal Sun, oltre ad un team qualificato e competente, è la capacità di individuare la miglior soluzione di risparmio per ciascun Cliente e la flessibilità di poterla accompagnare con la formula contrattuale più opportuna. L obiettivo di Universal Sun non è vendere a tutti i costi una tecnologia specifica, cavalcando l onda del momento, ma è quello di ricercare la soluzione giusta per il risparmio tenendo ben presenti i quadri normativi e le esigenze delle diverse aziende. Sintetizzando, non crediamo in un modello da applicare quanto a una soluzione da ricercare. Per questa ragione l ambito di attività di Universal Sun è ampio: operiamo infatti nella cogenerazione, nel recupero di cascami termici per la produzione di energia elettrica e/o termica/frigorifera, nel revamping di sistemi ausiliari esistenti (climatizzazione, aria compressa, ecc ), nel miglioramento dell esistenze in termini di efficienza (tecnologia LED, motori ad alta efficienza, ecc ) e nell autoproduzione da fonti rinnovabili. Gli interventi sono realizzati proponendo diverse soluzioni contrattuali così da consentire ai Clienti di poter scegliere la formula più appropriata: Fornitura Chiavi in Mano. ESCo - Servizio Energia. Nolo Operativo. Universal Sun eroga anche servizi essenziali quali: Servizi di manutenzione. Gestione dei certificati bianchi. Prova concreta della nostra esperienza sono gli impianti che abbiamo realizzato. Connessione con il progetto di Razionalizzazione dei processi di Fonderia Questa nuova attività di supporto alle imprese, si inserisce nel più ampio progetto di Razionalizzazione dei processi di Fonderia che Assofond ha da tempo avviato, allo scopo di contribuire fattivamente al miglioramento della competitività delle Fonderie italiane ( Il Servizio rappresenta una opportunità anche per le Fonderie non soggette agli obblighi del Decreto, che volessero verificare le possibilità di razionalizzazione e di risparmio energetico che possono essere individuate e realizzate a seguito di una Diagnosi Energetica correttamente svolta. Il Servizio è offerto a costi competitivi rispetto a quelli medi di mercato; invitiamo le Fonderie interessate a contattare fin da ora i nostri Tecnici (Michelangelo Lafronza: Maurizio Prando: Gualtiero Corelli: disponibili per formalizzare offerte, formulate sulla base dello specifico assetto tecnico produttivo e dimensionale dell impresa, oltre che per fornire qualsiasi ulteriore informazione e chiarimento in merito al servizio di Diagnosi Energetica offerto. 35

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39 Riduci gli sprechi e aumenta la tua competitività In un contesto in cui l ottimizzazione di tutti centri di costo è necessaria per mantenere competitività soprattutto rispetto a competitors esteri, diventa cruciale e strategico estendere tale attività anche alle utilities energetiche. GESTIONE ENERGETICA Riduzione dei consumi per unità di prodotto Variabili controllabili internamente Ampi margini di intervento Consolidamento dei savings MONITORAGGIO CONTINUO PROGRAMMARE FARE VERIFICARE AGIRE

40 economico economico economico M. Conserva economico economico economico M. Favini Dazio sull alluminio: chi perde e chi guadagna Il dazio europeo sulle importazioni di alluminio primario costa miliardi di Euro alle piccole e medie imprese della filiera a valle di questa industria. Quasi metà di questo costo va a vantaggio delle imprese extra-europee. Il primo studio in assoluto sul segmento downstream dell industria dell alluminio, realizzato dal CRIF Fabio Gobbo dell Università LUISS Guido Carli di Roma per conto della Federazione degli Utilizzatori di Alluminio in Europa FACE con sede a Bruxelles, mette in evidenza la dimensione del danno e degli svantaggi competitivi generato alle PMI europee da questa tariffa, e conseguente dallo spostamento di risorse che esse determinano. Il mantenimento da parte dell Unione Europea del dazio sulle importazioni di alluminio primario risulta ingiustificato da un punto di vista economico in quanto ha determinato costi addizionali fino a 15,5 miliardi di Euro negli ultimi quattordici anni, a scapito delle piccole e medie imprese europee collocate a valle, danneggiandone seriamente la posizione competitiva nello scenario globale, consentendo parallelamente ai produttori upstream di godere di ingiustificati benefici. Questo extra-costo deriva dal fatto che il valore del dazio, pari al 6%, viene incluso artificialmente nel prezzo di tutto l alluminio venduto in UE, indipendente dal paese di origine. Sintesi dello studio e principali risultati Lo studio dell Università LUISS Guido Carli di Roma rappresenta la prima analisi mai realizzata sul segmento a valle dell industria dell alluminio, parte rilevante in termini economici poiché assorbe oltre il 90% della forza lavoro impiegata complessivamente nel settore. Uno dei risultati principali dello studio, realizzato con il supporto di FACE, riguarda la quantificazione dei costi cumulati legati alla presenza del dazio europeo sulle importazioni di alluminio primario, sopportati dalle imprese a valle del settore nel periodo Secondo quanto indicato dai quattro possibili scenari costruiti nello studio, tali costi cumulati legati alle tariffe sulle importazioni variano tra i 5,5 e i 15,5 miliardi di euro. Soltanto una quota limitata di tali costi ha costituito effettivamente un entrata per gli uffici doganali dell UE. Il resto rappresenta un extra-profitto per i produttori di alluminio primario, europei ed extra-europei, tipicamente grandi imprese verticalmente integrate. Le tariffe sull alluminio primario infatti determina- 38

41 economico no un aumento del costo dei semilavorati e dei prodotti finiti in alluminio che, combinato con un incremento della pressione competitiva esercitata dai produttori extra europei, sta mettendo a rischio la sopravvivenza delle imprese a valle del settore, mettendo in pericolo e indebolendo in questo modo l intera filiera europea dell alluminio. Lo studio raccomanda la soppressione del dazio sulle importazioni di alluminio primario per diverse ragioni: l UE è già da tempo importatore netto di alluminio e la capacità produttiva installata di alluminio primario può garantire la copertura di solo il 45% dei consumi apparenti interni; le politiche sul commercio dell UE stanno danneggiando la competitività della parte essenziale della filiera dell alluminio, considerato che le attività collocate a valle (estrusori, laminatori, produttori di getti di fonderia, ecc.) assorbono oltre il 90% della forza lavoro impiegata dall industria dell alluminio nel suo complesso in Europa; infine, l effetto del dazio è in contraddizione con lo spirito del Trattato di Lisbona, in quanto le politiche sul commercio dell UE stanno limitando la libertà di iniziativa economica delle piccole e medie imprese poste a valle, favorendo in maniera evidente i grandi produttori integrati verticalmente. Approfondimento Il primo studio mai realizzato sulle imprese europee poste a valle nel settore dell alluminio Il CRIF Fabio Gobbo dell università LUISS Guido Carli di Roma ha realizzato una ricerca unica nel suo genere per analizzare l impatto delle politiche dell UE sui produttori a valle nella filiera europea dell alluminio, parte dell industria di assoluta rilevanza che assorbe il 90% della forza lavoro. Lo studio è stato condotto con il sup- 39

42 economico porto della Federazione dei Consumatori di Alluminio Europei (FACE). L obiettivo dello studio è di identificare i punti di maggiore criticità che, al momento, gravano su tali produttori, soffermandosi in particolare sulla quantificazione dei costi legati alla presenza del dazio europeo sulle importazioni di alluminio primario, per poi fornire indicazioni di policy a sostegno non solo dei produttori a valle ma dell intera industria europea dell alluminio. I risultati completi dello studio saranno presentati a dicembre; al momento sono diffusi i principali risultati alla luce della loro rilevanza. Studi precedenti sul settore dell alluminio in Europa si sono soffermati all analisi della sola parte a monte del settore, vale a dire i produttori primari. Nel dettaglio, la DG Imprese e Industria della Commissione Europea ha promosso prima un analisi focalizzata sui produttori europei di metalli non ferrosi 1, ed ha successivamente lanciato un nuovo round di studi con l obiettivo di analizzare l impatto delle politiche europee sulla posizione competitiva delle industrie dell acciaio e dell alluminio 2. Tuttavia, tali studi hanno limitato il loro campo di indagine ai soli produttori primari che, come ricordato, rappresentano solo una porzione limitata del settore. Le analisi forniscono quindi un quadro parziale e incompleto che trascura il ruolo fondamentale giocato dalle imprese a valle nel settore dell alluminio, legate a settori strategici in Europa, come quelli dell automobile, dell edilizia, della meccanica, aerospaziale, ecc. L unico studio ad avere offerto qualche considerazione rilevante sulle imprese dell alluminio a valle è quello realizzato da Ecorys nel 2011, il quale ha stimato come una riduzione dell 1% della tariffa sulle importazioni di alluminio primario possa ridurre i costi di produzione delle imprese a valle di circa 117 milioni di Euro. 1 Cfr. Competitiveness of the EU Non-ferrous Metals Industries, Ecorys, Cfr. Assessment of Cumulative Cost Impact for The Steel and The Aluminium Industry, Final Report Aluminium, CEPS & Economisti Associati,

43 economico Lo studio della LUISS colma questa lacuna riscontrata nelle ricerche precedentemente realizzate attraverso un analisi dettagliata e critica del settore a valle, identificandone i fattori di competitività, ma anche per mezzo di una ricostruzione ragionata del funzionamento del mercato dell alluminio, dei processi di formazione dei prezzi e degli effetti che tale processi determinano sulle imprese anche a causa delle politiche europee sul commercio. Riguardo quest ultimo punto, uno dei principali risultati dello studio è la stima dei costi cumulati sopportati dalle imprese europee dell alluminio poste a valle come conseguenza dell esistenza del dazio europeo sulle importazioni di alluminio primario. I costi cumulati delle tariffe sull importazione, sopportati dalle imprese a valle, sono stimati tra i 5,5 e i 15,5 miliardi di Euro nel , secondo 4 scenari disegnati dai ricercatori LUISS ai quali sono legati diverse ipotesi circa la quantità di alluminio soggetta a tariffa sulle importazioni e il modo in cui tale tariffa incide sul prezzo di vendita dell alluminio primario. Tali ipotesi sono costruite considerando che la tariffa influenza non solo il prezzo dell alluminio per il quale il dazio è dovuto, ma anche quello dell alluminio duty-free. Tale comportamento incrementa artificialmente il costo dei prodotti in alluminio semilavorati e finiti che, combinato con la crescente pressione derivante dai concorrenti extra europei, sta minacciando la competitività delle imprese europee dell alluminio poste a valle e dell intera filiera dell alluminio. Nel primo scenario (lower bound), gli extra costi generati sul segmento a valle dell industria dell alluminio sono pari a 5,5 miliardi di Euro. Mentre solo 885 milioni di Euro (16% degli extra costi) risultano incassati dalle Dogane dell UE, 2,2 miliardi (40%) sono extra profitti per i produttori europei di alluminio primario, e 2,5 miliardi (44%) rappresentano extra profitti per i produttori extra europei che esportano duty free verso l UE. Nel secondo scenario (lower bound plus ), gli extra costi legati al dazio ammontano a 8,7 miliardi di Euro. L 11% di tali extra costi (1 miliardo di Euro) costituisce quanto pagato alla Dogana UE, 2,2 miliardi di Euro (25%) sono gli extra profitti per i primaristi europei, mentre 3 miliardi (34%) e 2,5 miliardi di Euro (30%) rappresentano rispettivamente gli extra profitti incassati dai primaristi non EU e dai produttori di alluminio secondario che esportano duty free verso l UE. Il terzo scenario (upper bond) stima gli extra costi legati al dazio pari a 9,6 miliardi di Euro. Tale costo va per 1,5 miliardi (16%) alle Dogane UE, per 3,8 miliardi (40%) e per 4,3 miliardi (44%) rispettivamente ai produttori di alluminio primario europei ed extra europei che esportano duty free verso l UE. Infine, il quarto scenario (upper bound plus ), identifica in 15,5 miliardi di Euro l extra costo generato dal dazio europeo sull alluminio primario. Di tale importo, 1,7 miliardi di Euro (11%) è incassato dalle Dogane UE, mentre 4,0 miliardi (25%), 5,3 miliardi (34%), e 4,6 miliardi di Euro (30%) rappresentano rispettivamente gli extra profit- 41

44 economico ti ottenuti dai produttori europei di alluminio primario, dai produttori europei di alluminio secondario, e dai produttori di alluminio primario e secondario extra europei che esportano duty free verso l UE. Alla luce di quanto emerso, lo studio raccomanda la soppressione del dazio sulle importazioni di alluminio primario sulla base di una serie di elementi. Innanzitutto, se l introduzione di un dazio è mirata a proteggere l industria nazionale o a strategie di import substitution, la presenza del dazio europeo sulle importazioni di alluminio primario non risponde alle suddette esigenze. Infatti, l UE pur sfruttando interamente la propria capacità produttiva di alluminio primario non sarebbe in grado di coprire neanche la metà dei consumi apparenti europei. In aggiunta, negli ultimi dieci anni, i maggiori investimenti registrati a livello mondiale in termini di capacità produttiva sono stati realizzati in paesi extra UE. In secondo luogo, tale politica sta danneggiando la competitività delle piccole e medie imprese europee presenti nel segmento downstream, mettendone a repentaglio la sopravvivenza nel prossimo futuro, anche alla luce della crescente pressione competitiva esercitata dai produttori extra europei. Inoltre, gli extra costi ingiustificatamente imposti dalle politiche sul commercio dell UE saranno di certo ancor più importanti negli anni a venire. Lo studio infatti calcola il costo cumulato del dazio includendo anche il periodo , quando il crollo della domanda determinato dalla crisi ha sensibilmente ridotto i prezzi (premi esclusi) della materia prima. Ne segue che l effetto combinato di un incremento dei prezzi dell alluminio quando la crisi sarà superata (stime parlano di un incremento atteso della domanda di alluminio pari al 6% annuo) e un aumento dei premi sull alluminio, derivanti anche dall incapacità della produzione europea di alluminio primario di soddisfare la domanda interna, amplieranno significativamente l impatto del dazio sulle imprese dell alluminio poste a valle. Infine, il dazio sull alluminio, alla luce dei costi generati, contraddice lo spirito del Trattato di Lisbona dal momento che limita la libertà di iniziativa economica delle piccole e medie imprese poste a valle dell industria e favorisce esplicitamente i grandi produttori verticalmente integrati, tipicamente localizzati al di fuori dell UE. 42

45 PRODOTTI E SERVIZI per acciaierie, fonderie di acciaio e di ghisa, di alluminio e di altri metalli non ferrosi. PRODOTTI metalli leghe - madrileghe ferroleghe ghise in pani ricarburanti SERVIZI rete informatica assistenza tecnica coperture su metalli e valute servizi finanziari e commerciali logistica - stoccaggio MILANO - VIALE SABOTINO, 19/2 - TEL FAX AZIENDA CERTIFICATA UNI EN ISO 9001:2000

46 PRECISION & PERFORMANCE for METAL APPLICATIONS Unidrive M matched with a high performance motor from Emerson provides a solution that maximizes your productivity and product quality through precise automation control. Find the perfect combination of Control Techniques and Leroy-Somer drives and motors for your application at Emerson Metal application solutions The Emerson logo is a trademark and service mark of Emerson Electric Co. 2014

47 Soluzioni per tutti i reparti della fonderia L ampia ed esclusiva gamma di prodotti di Dantherm costituisce la base per la soluzione di qualsiasi necessità di filtrazione si presenti adattandosi agli impianti all interno della fonderia. Linee di formatura Cubilotti Isole di sbavatura Impianti sabbie Forni a induzione Granigliatrici Filtro a maniche piatte con sistema di pulizia ad aria Tipo (FS) 10 a 1 Cappa di ingresso 2 Compartimento gas sporchi 3 Maniche piatte con elementi distanziatori 4 Telaio supporto maniche 5 Compartimento aria pulita 6 Parete a fessura con sistema a molla 7 Carrello di pulizia con ugello 8 Tubo flessibile di pulizia 9 Valvola di pulizia 10 Ventilatore di pulizia 11 Stazione guida del carrello di pulizia 12 Stazione di comando con disco di posizionamento Struttura di supporto Tramoggia di raccolta polveri con coclea di scarico Piattaforma di accesso e manutenzione a Ingresso gas sporchi b Uscita gas puliti c Uscita polveri d Ingresso aria di pulizia d b 5 c Marco Fontanot Rappresentanze Industriali Nederman Filtration GmbH /966-0 D Friesenheim /

48 economico economico economico S. Bellagamba economico economico economico Diagnosi energetica: opportunità non solo obbligo Le recenti disposizioni in materia di promozione e miglioramento dell efficienza energetica (D.Lgs 102/14 di recepimento della Direttiva Europea 2012/27/UE) introducono per le Grandi Imprese, le Imprese aventi diritto a sgravi sugli oneri in bolletta e le Imprese Energivore l obbligo di riqualificazione dei siti e dei processi al fine di ridurre il consumo di energia primaria. In particolare, l art. 8 del D. Lgs. 102/14 impone a tali soggetti di eseguire una Diagnosi Energetica (secondo lo schema previsto all allegato 2 del citato decreto) entro e non oltre il 05/12/2015 e quindi di rivederla ogni 4 anni. Sono esentate da tale obbligo le Imprese certificate ISO che possono dimostrare di aver eseguito una Diagnosi Energetica in linea con quanto previsto all allegato 2 del citato decreto. I soggetti riconosciuti, ovvero abilitati, per la conduzione della Diagnosi energetica sono: Società di Servizi Energetici e/o ESCo. Esperti in Gestione dell Energia (EGE). A prescindere dall obbligatorietà, la conduzione di una Diagnosi Energetica produce indubbi benefici in termini di risparmio e quindi in termini di competitività. Oltre che dai costi puri di fornitura, dalla tipologia di contratto di approvvigionamento sottoscritto, dalle componenti tariffarie imposte (A3, trasporto, dispacciamento, ecc.), la spesa energetica è infatti influenzata dal grado di ottimizzazione degli impianti. Spesso, analizzando l efficienza dei sistemi esistenti, il loro utilizzo ed i processi di manutenzione, si scopre che esistono dei margini di miglioramento che, se attuati, producono un risparmio sulla spesa energetica complessiva. Ottimizzare l esistente significa, in sostanza, processarne l efficienza e l utilizzo per valutarne l efficacia ed individuare i possibili interventi di miglioramento che, se implementati, genereranno un risparmio. Consumare di meno significa spendere di meno ed essere meno soggetti alle oscillazioni dei prezzi e alla modifica delle componenti tariffarie (A3, dispacciamento, trasporto, accise, ecc ). Solo una diagnosi energetica condotta secondo metodologie standard riconosciute permette di stabilire non solo gli interventi di efficienza da implementare ma anche la loro priorità in termini temporali, così da approcciare il tema del risparmio in un ottica globale. Ecco perché il D.Lgs. 102/2014 individua quali soggetti abilitati per la conduzione della Diagnosi Energetica le ESCo o i professionisti qualificati come EGE; perché tali soggetti, dei quali Universal Sun fa parte in qualità di ESCo, possiedono la necessaria e comprovata esperienza per analizzare il tema del risparmio con una visione strutturata. Peraltro, gli interventi in efficienza energetica consentono di poter accedere al meccanismo premiante dei certificati bianchi (TEE). Universal Sun offre ai propri Clienti un ulteriore opportunità: scontare i costi per la Diagnosi Energetica sul primo intervento di efficienza per il quale le viene affidata l implementazione. 46

49 Aggiungete Valore con Foseco Il nostro impegno è quello di realizzare il potere della collaborazione. Solo lavorando a stretto contatto con voi, siamo in grado di capire le vostre esigenze quotidiane, generando subito nuovo valore, e nel contempo mirare allo sviluppo futuro. forti e produttive a lungo termine. E, di conseguenza, le soluzioni che offriamo portano Quindi, sfruttate appieno il vostro potenziale: Aggiungete Valore con Foseco. + Collaborazione + Tecnologia globale - a livello locale + Soluzioni creative, innovative + Assistenza di esperti + + Leadership nella competenza

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52 economico economico economico economico economico economico Costo orario del lavoro: gennaio 2015 Si riporta la tabella n. 153 nella quale sono indicati i dati relativi al costo di un ora di lavoro dell operaio di terzo livello superiore ai 21 anni ed appartenente ad una fonderia che occupa più di 50 dipendenti. Nella tabella è preso per base il trattamento minimo contrattuale - risultante dal Contratto Collettivo Nazionale di Lavoro del settore metalmeccanico - maggiorato di 0,13 Euro/h quale superminimo, di 2.130,38 Euro/anno di altri premi e di 3.050,00 Euro/anno quale premio di risultato. Il costo tiene pure conto di un incentivo o cottimo nella misura del 5% e del premio di produzione in atto nel giugno Per le spiegazioni delle singole voci si rimanda a quanto riportato nelle note esplicative. Il costo del lavoro, così risultante, è soltanto indicativo e teorico e si riferisce unicamente agli elementi considerati in tabella. Tab. n. 153 Costo annuo e costo orario gennaio 2015 dell operaio di terzo livello appartenente ad una Fonderia con oltre 50 addetti. Descrizione A) RETRIBUZIONE DIRETTA Annuo Ore (1.520) Costo Orario 1. Minimo tabellare 9,13 2. Incentivo o cottimo 0,46 3. Premio di produzione 0,02 4. E.D.R. 0,06 5. Aumenti periodici di anzianità in atto 0,72 6. Indennità di mensa 0,03 7. Superminimo 0,13 Totale retribuzione diretta...a ,59 10,54 B) RETRIBUZIONE INDIRETTA 8. Altri premi 2.130,38 9. Premio di risultato 3.050, Gratifica natalizia 1.823, Festività nazionali ed infrasettimanali 912, Permessi per festività abolite 337, Ferie annuali 1.685, Assemblea 189, Assenteismo 1.054, Riduzione orario di lavoro 759,06 Totale retribuzione indiretta...b ,55 7,86 C) TRATTAMENTO DI FINE RAPPORTO 17. Trattamento di fine rapporto al ,30 2, Trattamento di fine rapporto per il ,37 1,42 D) ONERI PREVIDENZIALI ED ASSISTENZIALI 19. Cassa assegni familiari 469, CIG ordinaria e straordinaria 783, Mobilità 83,9 22. Fondo di garanzia 55, Fondo di adeguamento pensioni e assicurazione malattia 7.858, Infortuni sul lavoro e malattie professionali 4.894,25 Totale oneri previdenziali ed assistenziali...d ,78 9,31 COSTO TOTALE ,59 31,16 150

53 economico Al fine di una reale valutazione dei singoli costi, suggeriamo alle Fonderie di effettuare i conteggi relativi agli elementi di fatto che contribuiscono a formare il proprio costo del lavoro. Raffrontando il costo orario di gennaio 2014 con quello di gennaio per effetto di quanto previsto dal rinnovo del c.c.n.l. - si ha un maggior costo di 0,63 Euro/h pari ad un incremento del 2,07%. NOTE ESPLICATIVE PER IL CALCOLO DEL COSTO DI UN ORA DI LAVORO Tabella No. 153 gennaio 2015 Orario 2012 = ore (365 giorni meno 52 domeniche e 52 sabati = 261 giorni x 8 ore = ore meno 160 ore per ferie; 18 ore per assemblee, permessi sindacali e diritto allo studio; 200 ore per assenteismo, 86 ore per festività nazionali e infrasettimanali, 32 ore per festività abolite; 72 ore per riduzione dell orario di lavoro). A) Retribuzione diretta 1 - Minimi tabellari al 1 gennaio 2015 (a decorrere dall nei nuovi minimi tabellari è stato conglobato l importo dell ex indennità di contingenza con i valori in atto). 2 - Incentivo o cottimo: 5% su minimo tabellare. 3 - Premio di produzione: in atto nel giugno E.D.R. (elemento distinto dalla retribuzione). 5 - No. 5 aumenti periodici di anzianità (0,144 Euro x 5). 6 - Indennità di mensa: 0,248 Euro giornaliere. 7 - Superminimo: 0,13 Euro orarie. B) Retribuzione indiretta 8 - Altri premi (comprendono: premio feriale, premio di produzione per la parte eccedente il superminimo della voce Premio di risultato: quota del 1996, 1997, 1998 e 1999 (1.550 Euro). Quota del 2001, 2002, 2003 e 2004 (500 Euro), quota del 2005, 2006, 2007, 2008, 2009 e 2010 (1.000 Euro) Gratifica natalizia: ore 173 x totale A Festività nazionali ed infrasettimanali: giorni 13 x ore 6,66 = ore 86,58 x totale A Permessi per festività abolite: giorni 4 x 8 ore = ore 32 x totale A Ferie annuali: giorni 24 x ore 6,66 = ore 160 x totale A Assemblea, permessi sindacali e diritto allo studio: ore 18 x totale A Assenteismo (infortuni, malattia, ecc.) ore 100 x totale A (trattandosi di ore retribuite mediamente nella misura del 50%, le ore reali di assenza considerate sono Riduzione orario di lavoro: ore 72 x totale A. C) Trattamento di fine rapporto 17 - Trattamento di fine rapporto al 31/12/ Trattamento di fine rapporto per il 2015: è stato adottato quanto previsto dalle legge No. 297 del 29/5/1982, ipotizzando una rivalutazione, del maturato al , nella misura del 3%. D) Oneri previdenziali e assistenziali L aumento dei contributi dello 0,50% stabilito dall art. 3 della Legge 297 del 29/5/1982 non viene calcolato trattandosi di un anticipo che viene recuperato all atto della risoluzione del rapporto di lavoro Cassa assegni familiari: 1,68% su A+B 20 - Cassa Integrazione Guadagni ordinaria e straordinaria: (2,20 + 0,60)=2,80% su A+B 21 - Mobilita: 0,30 su A+B Fondo garanzia: 0,20% su A+B 23 - F.P.L.D 23,81% Assicurazione disoccupazione 1,61% Contributo indennità economica di malattia 2,22% Assicurazione maternità 0,46% TOTALE 28,10% su A+B 24 - Assicurazione contro gli infortuni sul lavoro e le malattie professionali 8,30% 24 - Assicurazione contro la silicosi 9,20% TOTALE 17,50% su A + B 51

54 L impiego del nuovo sistema Cold-Box vi aiuterà ad aumentare l efficienza produttiva della vostra azienda in modo economico ed ecologico. Member of HA-Group

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56 XXXII XXXII Congresso Congresso E. Flamigni di di Fonderia Fonderia XXXII Congresso di Fonderia SESSIONE ENERGIA, AMBIENTE E SICUREZZA La scoria da cubilotto: un sottoprodotto da valorizzare Lo scorso anno la nostra Società ha avuto un problema in merito allo smaltimento della scoria del cubilotto come rifiuto recuperabile. In particolare il canale attivato da ormai 40 anni, prima ancora dell entrata in vigore del DM 5 febbraio 1998 sulle attività di riutilizzo dei rifiuti non pericolosi in regime semplificato, che ci consentiva lo smaltimento delle scorie presso un azienda che fabbrica manufatti in cemento destinati alla costruzione di canne fumarie, è entrato in crisi a causa di nuove scelte gestionali della Provincia di Rimini. In sintesi la ditta utilizzatrice della scoria come materia prima inerte, agglomerante del cemento, che operava in regime di comunicazione ai sensi del citato DM del 1998, in occasione del rinnovo della comunicazione ha ricevuto il diniego da parte della Provincia con la motivazione che la scoria da cubilotto era assimilabile alla loppa d altoforno, per cui poteva essere gestita come sottoprodotto e non più in regime di comunicazione. Tale scelta della Provincia ci ha costretto a valutare per le scorie di fusione, canali di smaltimento alternativi, ma tutti i canali alternativi del rifiuto avevano un costo rilevante, sia come trasporto che come smaltimento, mentre il canale precedente era vicino alla fonderia ed il conferimento è sempre stato a costo zero. Dunque abbiamo iniziato a valutare come poter gestire la scoria del cubilotto non come rifiuto ma come sottoprodotto e da subito ci siamo resi conto che una tale scelta gestionale comportava l obbligo della registrazione secondo il regolamento REACH trattandosi di una sostanza prodotta. Dapprima non sapevamo se esisteva un numero CAS identificativo della sostanza, ma con una ricerca siamo riusciti ad identificare un sito europeo di riferimento ww.euroslag.it che raggruppa le aziende europee produttrici di scoria, in diversi processi produttivi. In tale sito abbiamo dapprima capito che la scoria è una sostanza classificata dal regolamento REACH come sostanza UVCB, cioè Substances of Unknown and Variable composition, Complex reaction products or Biological materials, (Sostanza con Composizione Sconosciuta o Variabile, prodotto da reazioni Complesse o materiali Biologici). Tali sostanze sono caratterizzate in base al loro processo produttivo e non sulla base della loro composizione ed in particolare abbiamo visto che la descrizione del processo produttivo della Slag, ferrous 54

57 XXXII Congresso metal, blast furnace (granulated - GBS) EINECS No , CAS No che è quella prodotta dall altoforno e granulata in flusso d acqua, si poteva estendere anche al nostro caso. Abbiamo poi verificato anche se la composizione della nostra scoria fosse nei limiti di composizione riportati come caratteristici della scoria d altoforno, e avendo avuto anche questa conferma ci siamo resi conto che era possibile percorrere la strada della registrazione della scoria da cubilotto. Abbiamo interpellato il Centro Reach di Federchimica per assisterci nel percorso di registrazione, dalla acquisizione della lettera di accesso fino alla registrazione nel sito dell ECHA. In passato come fonderie avevamo già preregistrato alcune sostanze, come la ghisa in pani, il coke, il ferrosilicio e il carburo di silicio, al fine di poterli acquistare direttamente dall estero e importarli, però non sono state poi trasformate in registrazioni perché abbiamo valutato che l investimento occorrente non fosse conveniente per noi. Composizione media di una scoria di fusione Parametri Concentrazione Limite Limite tipica (p/p%) inferiore (p/p%) superiore (p/p%) CaO SiO Al 2O ,5 26 MgO 9 1,3 20 S total 1 < 0,1 3,8 TiO2 0,8 0,1 4 K2O 0,6 < 0,1 8,1 MnO 0,5 < 0,1 3,5 FeO 0,4 < 0,1 5 Na 2O 0,4 0,1 2 Diversamente, il percorso della registrazione delle scorie di fusione, dal punto di vista economico, è risultato essere assolutamente conveniente in relazione ai costi che, in alternativa, vanno sostenuti per lo smaltimento del rifiuto. Con la registrazione della scoria da cubilotto e la sua gestione come sottoprodotto, si aprono canali di utilizzo in diversi settori, anche quelli non contemplati dal DM del 1998, in particolare il sito riporta importanti campi di impiego già attivi da molto tempo in tutta Europa come nella realizzazione di ponti e grattacieli, strade (sottofondi e manti stradali), nelle opere di ingegneria idraulica (frangiflutti, condotte), come fertilizzante, pali in cemento etc. In Europa ci sono diverse aziende produttrici che vendono sul mercato la scoria di altoforno opportunamente granulata e macinata e classificata per impieghi in diversi settori con nomi commerciali registrati. La scoria di cubilotto, che in genere è granulata in acqua, è indubbiamente un prodotto valido, e non un rifiuto, che può essere utilizzato tal quale con convenienza in diversi processi produttivi e dunque non è assolutamente opportuno, oltre che economicamente non conveniente, gestirlo come rifiuto e soprattutto destinarlo in discariche di rifiuti inerti. Il DM del 1998, che in passato ha regolamentato quello che erano le materie prime secondarie, ha indubbiamente ormai mostrato dei forti limiti perché ha trasformato tutti i sottoprodotti in rifiuti, con tutta la burocrazia autorizzativa e gestionale che ne ha reso estremamente complessa la gestione, ed ha limitato il loro utilizzo solo in alcuni processi ben definiti restringendo enormemente il loro campo d impiego e tutto questo ha generato indubbiamente nel tempo un alterazione del mercato dello smaltimento attirando interessi enormi spesso con componenti speculative. In conclusione la corretta gestione della scoria passa indubbiamente attraverso la gestione del sottoprodotto sia per ragioni ambientali che economiche, inoltre questo forse è il primo passo verso una nuova filosofia nella gestione di tutti i rifiuti recuperabili della fonderia. Enrico Flamigni SCM Group S.p.A., SCM fonderie, Villa Verucchio (RN) 55

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60 XXXII XXXII Congresso Congresso M. Pesci P. Salvi di di Fonderia Fonderia XXXII Congresso di Fonderia SESSIONE METALLI FERROSI: METALLURGIA, SIMULAZIONE SW Ottimizzazione della progettazione dei sistemi di alimentazione delle fusioni in ghisa con grafite sferoidale La fabbricazione di fusioni in ghisa con grafite sferoidale ad alto contenuto tecnologico ed elevata qualità, è oggi possibile per mezzo dei programmi in grado di simularne la solidificazione. Tuttavia ancor oggi la progettazione molto spesso si basa su principi tipici dell acciaio come i cerchi di Heuvers, il modulo geometrico e il modulo di solidificazione. Ma nel caso specifico delle ghise il principio dell acciaio di solidificazione direzionale perde significato in presenza della precipitazione grafitica; fenomeno che a volte da solo è in grado di contrastare il ritiro della matrice metallica. Il presente lavoro, sviluppato nella Arizzi Fonderie, si propone di studiare come la calibrazione dei nuovi metodi innovativi di simulazione attraverso l analisi termica della ghisa prodotta dalla stessa Fonderia, sia la via necessaria all ottenimento di fusioni sane, ma allo stesso tempo il modo corretto per ridurre il peso degli alimentatori, con conseguente riduzione di costi ed energia necessari alla produzione dei getti. paragonate alle molle elastiche che permettono agli atomi di oscillare attorno alla posizione di equilibrio della struttura, mantenendo la forma geometrica. Invece nei liquidi le forze interatomiche sono molto più deboli, permettendo agli atomi un certo grado di libertà, in questo modo la sostanza non avrà più una forma definita, ma assumerà la forma del contenitore in cui si trova (Fig. 1). Il riscaldamento dei materiali metallici, aumenta le distanze tra gli atomi indebolendo i legami interatomici fino al cambiamento di fase solido-liquido. Fig. 1 - disposizione atomica in fase solida (reticolo ordinato) ed in fase liquida (elevato grado di libertà) 11. Poiché i metalli puri possiedono scarse proprietà meccaniche non trovano applicazioni industriali, per questo motivo sono impiegate le leghe. Indubbiamente tra queste le più utilizzate nella storia dell umanità sono le leghe Fe-C: ghisa e acciaio. Come si può notare dalla Fig. 2 una lega metallica presenta difetti atomici di tipo sostituzionale e/o interstiziale nel reticolo cristallino, questi saranno ordinati nel caso dei solidi; mentre avranno un certo grado di libertà in fase liquida. A livello atomico, nelle leghe ferrose i difetti principali sono: solo atomi di carbonio per l acciaio, mentre carbonio e silicio per la ghisa (Fig. 2). Sono infatti gli atomi di silicio presenti nelle ghise ad evitare che queste solidifichino nel campo metastabile. Contrariamente agli acciai, dove le proprietà dipendono principalmente dagli atomi di C all interno del reticolo cubico del Fe e dove il Si è tipicamente non superiore allo 0.5%, la ghi- Solidificazione delle leghe ferrose In un solido, gli atomi hanno un ordinamento spaziale, le forze interatomiche possono essere Fig. 2 - disposizione atomica in fase liquida nelle diverse leghe ferrose. Atomi rossi (Fe), atomi blu (Si) e atomi neri (C)

61 XXXII Congresso Fig. 3 - forme allotropiche della cella elementare del Fe al variare della temperatura A ) avendo un raggio atomico inferiore a quello di ferro (r Fe = 1.26A ), provoca la distorsione del reticolo per cui gli atomi di ferro insieme a quelli di silicio pressano quelli di carbonio durante il raffreddamento al di fuori della cella cristallografica (Fig. 4) rigettandoli nel liquido con conseguente aumento di grafite. sa è a tutti gli effetti un materiale composito, poiché un non metallo (grafite) si forma per precipitazione dal liquido nella matrice ferrosa. In condizioni industriali per ottenere la formazione di grafite sono necessari elementi cosiddetti grafitizzanti, di cui il Si è il principale. La solidificazione delle leghe metalliche è accompagnata dal fenomeno di ordinamento di atomi nella struttura cristallina basata sulla ripetizione nello spazio di celle elementari tipiche di ogni elemento chimico. Nel caso del ferro la cella elementare è cubica ed è sottoposta alle trasformazioni allotropiche dovute alla variazione della temperatura (Fig. 3). Con l abbassamento della temperatura diminuisce anche lo spigolo della cella, ciò è accompagnato dal ritiro in fase solida. Fig. 4 - distorsione del reticolo del Fe (atomi rossi) in presenza di Si (atomi blu) e conseguente espulsione del C (atomi neri) 11. Pertanto, nel caso dell acciaio, dove gli spazi interstiziali tra gli atomi di ferro non sono completamente occupati da atomi di carbonio, ma purtroppo spesso occupati anche da atomi di ossigeno, azoto ed idrogeno, la solidificazione ha solo l effetto di restringimento dimensionale. Invece nel caso della ghisa, gli spazi interatomici sono completamente occupati da atomi di carbonio. Infatti il carbonio solubile nella matrice metallica (austenite) è al massimo il 2.11%, l eccesso fino alla composizione effettiva della ghisa viene rigettato nel liquido, dove le particelle microscopiche della famiglia dei solfuri fungono da supporto per la germinazione e crescita grafitica 7. Inoltre, la solubilità del carbonio nell austenite si riduce proporzionalmente con l aumento del contenuto di silicio secondo l equazione (1). Cγ = Si Eq. (1) Questo fenomeno è dovuto alla sostituzione dei vari atomi di ferro con atomi di silicio creando una soluzione sostituzionale. L atomo di silicio (r Si = Analizzando il caso industriale di una ghisa sferoidale con composizione chimica di C=3.6% e Si=2.5%, in base a quanto discusso in precedenza e ricavabile dall eq.1, si può concludere che grazie al Si solo l 1.56% di carbonio è solubile nell austenite, il resto fino a 3.6% è rigettato nel liquido. Dunque il 2.04% del carbonio precipiterà come grafite, ovvero il 56.67% del carbonio totale a solidificazione completa avrà massa specifica di 2200 Kg/m 3. In Fig. 5 è proposto un semplice calcolo della variazione volumetrica durante solidificazione per tre leghe ferrose (acciaio, ghisa a grafite lamellare e ghisa a grafite sferoidale) applicate ad un pezzo di 100 kg. Fig. 5 - Calcolo della variazione volumetrica per tre Fe-C. 59

62 XXXII Congresso Fig. 6 - Estrazione della grafite dalla matrice metallica 11. Come si può osservare in Fig. 5 considerando una contrazione volumetrica standard del 4%, tramite la precipitazione grafitica nelle ghise con grafite lamellare e nelle ghise con grafite sferoidale si verifica la compensazione totale della contrazione della matrice metallica. Schematizzando il fenomeno con l aiuto di Fig. 6, è come estrarre la grafite presente nella ghisa, trasferendolo alla parte superiore della micrografia. Ovviamente negli acciai, dove la grafite non esiste, al suo posto si verificherà una contrazione profonda tipica di questi materiali. Infatti a supporto del ragionamento precedente, è noto che la maggior parte dei produttori di ghise con grafite lamellare non usano materozze. Per lo stesso ragionamento pare corretto applicare le stesse considerazioni alla produzione di ghise sferoidali riducendo o eliminando le materozze. Non solo, ma la stessa procedura di progettazione secondo regole ottime per l acciaio risulta limitativa se applicato nel campo delle ghise. GHISA CON GRAFITE SFEROIDALE. CONDIZIONI PER LA FORMAZIONE DELLA GRAFITE SFEROIDALE La ghisa con grafite sferoidale è stata realizzata per la prima volta da H.Morrogh et al. nel 1947 e Gagnebin et al. nel 1948: in una ghisa ipereutettica con meno di 0.02% S ed in una ghisa con 0.02% S e 0.02% Ce, è stato aggiunto lo 0.04% di Mg. Successivamente negli Stati Uniti K.Millis, per primo ha prodotto industrialmente ghisa sferoidale tramite aggiunta di Mg 1. Già nel 1955, Morrogh raccomanda di introdurre più dello 0.04% di Mg, anche se lo S di base è inferiore a 0.015%, per evitare la formazione di grafite vermiculare. Pertanto, il contenuto di zolfo e ossigeno nel liquido deve essere strettamente controllato durante il processo di fusione tramite aggiunte di Mg e Ce. Nel suo lavoro Loper et al. 2 hanno dimostrato che la morfologia della grafite lamellare è presente quando il rapporto tra Mg e S è minore di 1.0, ma diventa sferoidale quando è superiore a 3.0, e la forma vermiculare è presente quando il rapporto è compreso tra 1.0 e 3.0. Altri studi hanno inoltre dimostrato la presenza di forma nodulare indipendentemente dalla composizione ipo- o ipereutettica, purché in assenza degli elementi attivi o tramite leghe o sotto vuoto. Inoltre, le forme di grafite sferoidale sono più facilmente ottenibile a velocità di raffreddamento più elevate, ovvero in fusioni con spessori sottili. Per una trattazione più estesa e dettagliata si rimanda ai lavori di Lux 3-4 e Stefanescu 5-6. LE TEORIE SULLA FORMAZIONE DI GRAFITE SFEROIDALE Nel corso degli anni sono state formulate svariate teorie sulla formazione della grafite in forma sferoidale nella ghisa, e la maggior parte di esse sono state commentate nei lavori di Fig. 7 - Materozzatura secondo il metodo dei cerchi di Heuvers. Lux 3-4 e nelle ricerche recenti 6-7. Tuttavia ancor oggi le teorie proposte suscitano grande dibattito; infatti la conoscenza attuale può spiegare solo il metodo di crescita a conoelica, ma non il fenomeno che determina la crescita in questa forma. Per approfondire questo argomento si consigliano i lavori di Stefanescu 6, Skaland 7 e Udroiu 10. Principi di calcolo dei sistemi di alimentazione Uno dei metodi ancor oggi utilizzati per la progettazione dei getti per fonderia, è il metodo geometrico dei cerchi di Heuvers 8. Questo metodo tradizionale fino alla metà degli anni 90 è basato sul concetto di solidificazione direzionale. La progettazione, necessità di un tecnigrafo un compasso e l identificazione molto accurata delle zone termiche ad alto rischio di formazione ritiri. Il passo successivo è quello di progettare la solidificazione tramite la modifica dei gradienti termici nelle parti superiori dove sono stati applicati gli alimentatori. Per avere una precisione soddisfacente, la dimensione del tecnigrafo e l apertura del compasso erano importanti. Infatti era necessario che questi fossero direttamente proporzionali alle dimensioni delle fusioni poiché si usavano disegni in scala 1:1. Come si può vedere in Fig. 7.1 più sottile è la parete verticale, tanto maggiore diventa l alimentatore necessario per conseguire la solidificazione dire- 60

63 XXXII Congresso Fig. 8 - Modulo geometrico per tre solidi semplici: cubo di spigolo l, sfera di raggio r e cilindro di raggio r e altezza h. zionale. A seconda del particolare, del processo produttivo e dei costi, ciascuna fonderia decide come utilizzare gli alimentatori, per forma e dimensione: materozze aperte possono essere utilizzate per estrarre il modello dell alimentatore verso l alto (Fig. 7.2a), alimentatori chiusi con collo applicabile separatamente (Fig. 7.2b), alimentatori chiusi con involucri esotermici (Fig. 7.2c), alimentatori chiusi di piccole dimensioni, con direzionalità della solidificazione fornita utilizzando materiali isolanti applicati direttamente sulle parti verticali della fusione (Fig. 7.2d). Nonostante il metodo Heuvers fosse sicuro, richiedeva una grande esperienza pratica del progettista e sicuramente esagerava i coefficienti di sicurezza utilizzati per il dimensionamento dei sistemi di alimentazione. Il metodo dei cerchi di Heuvers è stato sostituito parzialmente, dal metodo che divide il pezzo in forme geometriche semplici (Fig. 8); divisione seguita dal calcolo dei moduli geometrici (rapporto tra volume ed superficie totale della zona da alimentare) o dal calcolo dei moduli di solidificazione (considera l area di scambio termico e non la superficie totale) 8. Con il forte sviluppo dell informatica, negli anni 90, la vera rivoluzione in campo di progettazione dei sistemi di alimentazione, arriva con i programmi in grado di simulare la solidificazione. Le basi teoriche rimangono le stesse, la direzionalità della solidificazione, i moduli di solidificazione, ma perfezionate applicando l equazione di Fourier del trasferimento di calore. Oltre all implementazione dei modelli matematici di fluidodinamica (Bernoulli) per il riempimento della cavità, il tutto poi raffinato dall aggiunta delle caratteristiche chimico-fisiche delle leghe considerate, descrivendone i comportamenti termici durante la solidificazione (curve di raffreddamento). Nei moderni programmi di simulazione è stato introdotto un parametro fondamentale che ha permesso di ridurre gli alimentatori come numero e dimensione nel caso delle ghise. Questo parametro, detto Critical Liquid Fraction CLF, è il fattore in grado di tenere in considerazione il processo metallurgico, scarsamente considerato prima delle sua introduzione. Il CLF esprime in percentuale la capacità di alimentazione della lega considerata; ovvero descrive la possibilità del liquido di alimentare all avanzare del fronte di solidificazione. Perciò maggiore sarà il CLF quanto maggiore sarà la difficoltà del metallo a percolare tra le dendriti in accrescimento, aumentando così la probabilità di avere porosità nelle zone isolate (Fig. 9). Fig. 9 - Lo sviluppo delle dendriti che rende difficoltoso il passaggio del liquido da una zona all altra 11. In sostanza se il materiale ha dendriti più lunghe il liquido farà più fatica ad alimentare e si avranno porosità maggiori (Fig. 11). Per questo motivo la solidificazione eutettica (Fig. 10) diventa un obiettivo, poiché l intervallo di solidificazione è teoreticamente inesistente con crescita dei rami dendritici in tre dimensioni (crescita isotropica) senza una dimensione preferita (anisotropica), come ad esempio nella ghisa ipoeutettica (Fig. 10). Se un parametro così importante per la progettazione come il CLF richiede la conoscenza del comportamento termico di solidificazione della lega prodotta, è allora chiaro che l uni- Applicando la regola dei moduli progressivi (1.2/1.1/1.0) per estrarre i moduli termici 8, la solidificazione direzionale resta rispettata e scegliendo il dimensionamento corretto degli alimentatori ed il corretto numero considerando la distanza di influenza di ciascuno di essi, allora i getti risultano privi di difetti da ritiro del tipo micro o macro. Fig ghisa eutettica (verde) e ghisa ipoeutettica (blu): curva di raffreddamento (linea continua) e derivata prima (linea tratteggiata). In particolare la curva blu rispecchia le condizioni A e B di Errore. L origine riferimento non è stata trovata.; mentre la curva verde il caso E. 61

64 XXXII Congresso Fig intervalli di solidificazione per le leghe ferro-carbonio: E=crescita eutettica; A=crescita dendritica con corta ramificazione; B=crescita dendritica con lunga ramificazioni 11. Fig Prova H utilizzata in Arizzi Fonderie per le prove sperimentali. co strumento in grado di trasferire queste informazioni è l analisi termica. Infatti è attualmente l unico strumento utilizzato durante la produzione, in grado di valutare la grafite precipitata e a discriminare il tipo di crescita dell austenite. In particolare nelle ghise ipoeutettiche (Fig. 10), la solidificazione inizia con la germinazione e la crescita di dendriti di austenite primaria che aggrava e ferma ad un certo momento il passaggio del metallo liquido. Al contrario in una ghisa eutettica la solidificazione inizia con la crescita equiassica isotropica (cellulare) e la contemporanea precipitazione grafitica, che non impediscono al liquido di scorrere dove necessario (Fig. 11). Se a prima vista, applicando l equazione (2) si dovrebbe assicurare la solidificazione eutettica, in pratica sono sempre presenti altri elementi chimici in grado di influenzare il bilancio del carbonio equivalente. C eq = C Si = 4.3% Eq. (2) Non solo, ma anche l applicazione di formule complesse che prendono in considerazione fino a 16 elementi 11, non assicura il punto di solidificazione eutettica. Ciò rafforza la necessità dell analisi termica in quanto fondamentale per il raggiungimento del vero eutettico attraverso la condizione TLiquidus=TEutettico (Fig. 10). In conclusione, la moderna simulazione computerizzata è in grado di tenere conto anche del comportamento durante la solidificazione delle leghe metalliche, suddivise in leghe con brevi intervalli di solidificazione, leghe con lunghi intervalli di solidificazione e leghe eutettiche (Fig. 11). A condizione che questa venga calibrata correttamente secondo le ghise reali prodotte da ciascuna specifica fonderia e verificata secondo i casi pratici. Parte sperimentale Il lavoro sperimentale ha richiesto la progettazione di un provino campione (prova H ) necessario alla calibrazione del simulatore NovaFlow&Solid (NF&S) di cui si è dotata la Arizzi Fonderie. Completato il processo di calibrazione del simulatore, questo è stato impiegato per l ottimizzazione dell alimentazione di un getto campione. Nello specifico la calibrazione è avvenuta nell ambito delle condizioni processuali fissate dalla Fonderia e monitorate con l ausilio dell analisi termica ATAS Metstar utilizzato come strumento di controllo di processo. La calibrazione è stata possibile colando un numero sufficiente di prove (ca.40) per la formazione di un campione statistico, successivamente sezionati per analizzare e correlare il volume di ritiro dei campioni. In definitiva la calibrazione del programma di simulazione è avvenuta non solo ottimizzando il parametro CLF importando i dati di analisi termica del processo fusorio, ma da questi è stato possibile ottenere la curva di densità corretta e le temperature esatte (TL, TE, TS ecc.). Infatti NF&S importa i dati di precipitazione grafitica calcolati dal software ATAS. PROGETTAZIONE E SIMULAZIONE Come test standard per questo lavoro è stata progettata una prova H dove due parallelepipedi 80mmx80mmx95mm sono collegati attraverso un ponte con spessore di 10mm. Il test è stato progettato in maniera tale che i moduli siano uguali (M 1 = M 2 = 1.43cm) e separati intenzionalmente al termine del riempimento. Il sistema di colata filtrato si trova nel centro del campione per distribuire uniformemente il metallo senza squilibrio termico. Un parallelepipedo è provvisto di una manica esotermica con modulo di alimentazione (M m = 1.70cm) sufficiente per la zona da alimentare; l altro non è alimentato ma ha solo un condotto con diametro di 9mm per convogliare eventuali gas. 62

65 XXXII Congresso della precipitazione grafitica durante la solidificazione di contrastare il ritiro della matrice metallica nelle ghise con grafite sferoidale. Tab. 1 - Composizione chimica (%) media delle ghise utilizzate per le prove sperimentali. Concludendo che le aree senza PROCESSO FUSORIO Il metallo necessario agli esperimenti è stato preparato in un forno a crogiolo da 17ton, il liquido prelevato è stato precondizionato durante il travaso in siviera e poi sferoidizzato con filo animato. Il metallo opportunamente preparato è stato trasferito in un forno di colata da 4ton. Infine il riempimento della staffa 1 è avvenuto per colata automatica con inoculazione finale sul flusso. L analisi termica è stata utilizzata per verificare la ghisa base e la ghisa finale effettivamente colata in staffa. Due sono state le qualità finali prodotte per gli esperimenti: EN-GJS e EN- GJS Le composizioni chimiche medie delle prove sono riportate in Tab. 1; mentre in Fig. 13 è riportata una curva di raffreddamento ottenuta durante la produzione dei test. Risultati e discussioni PROVA H Inizialmente la simulazione della solidificazione con i parametri preimpostati ha mostrato che il parallelepipedo alimentato con manica esotermica non Fig Curva di raffreddamento e sua derivata per le ghise prodotte. presenta difetti da ritiro (Fig. 14); mentre nel parallelepipedo non alimentato il difetto è previsto con alta probabilità nel baricentro termico (Fig. 15). Per questo motivo si potrebbe concludere che la prova H per essere priva di difetti da ritiro deve essere dotata di alimentatore. A questo punto una serie di provini H sono stati colati in staffa con la tipica procedura fusoria della fonderia. Una volta sezionati questi hanno permesso la verifica dell assenza di ritiro, dimostrando la capacità maniche sono autoalimentate dalla precipitazione grafitica, la fase successiva ha previsto una nuova simulazione dopo aver calibrato il programma di simulazione importando in NF&S i dati di analisi termica della ghisa realmente prodotta (Fig. 13). Ottenendo in questo modo la curva di densità corretta e le temperature di solidificazione esatte (TL, TE, TS ecc.), ottimizzando inoltre il parametro CLF. La simulazione della solidificazione dopo calibrazione, non consiglia più l alimentazione della prova H (Fig. 18 e Fig. 19). Fig Simulazione di solidificazione (50% di fase liquida) della prova H con impostazioni standard. Fig Porosità come risultato della simulazione a fine solidificazione della prova H con impostazioni standard. 1 Staffa 800mmx600mmx250mm+250mm; formatura multi-impress orizzontale in terra verde. 63

66 XXXII Congresso Fig Le prove H sezionate mostrano l assenza di ritiro. Fig Dettaglio della Fig. 16, assenza di porosità macro o micro nella zona non alimentata. Fig Simulazione di solidificazione (50% di fase liquida) della prova H dopo calibrazione. Fig Porosità come risultato della simulazione a fine solidificazione della prova H dopo calibrazione. OTTIMIZZAZIONE DI UN GETTO DI PROVA La prima simulazione con i parametri preimpostati e coefficienti di sicurezza molto ampi, per garantire la sanità del getto richiedeva due grossi alimentatori ottenuti per mezzo di maniche esotermiche 10/13 (Fig. 20, Fig. 21 e Fig. 22). Con questa configurazione il rendimento del liquido era del 59%. Dopo la verifica sperimentale con le prove H e la calibrazione del simulatore NF&S per mezzo delle curve di analisi termica, è stato possibile simulare nuovamente il getto di prova con la riduzione degli alimentatori e l eliminazione delle maniche accessorie (Fig. 23, Fig. 24 e Fig. 25). Questo ha portato ad un risparmio di metallo necessario all alimentazione ed un ulteriore risparmio economico attraverso l eliminazione delle maniche. Con questa configurazione il rendimento del liquido è salito al 69%. Fig Simulazione di solidificazione (100% di fase liquida) del getto di prova con impostazioni standard. Fig Simulazione di solidificazione (50% di fase liquida) del getto di prova con impostazioni standard. Fig Porosità come risultato della simulazione a fine solidificazione del getto di prova con impostazioni standard. Fig Simulazione di solidificazione (100% di fase liquida) del getto dopo ottimizzazione. Fig Simulazione di solidificazione (50% di fase liquida) del getto dopo ottimizzazione. Fig Porosità come risultato della simulazione a fine solidificazione del getto di prova dopo ottimizzazione. 64

67 XXXII Congresso La verifica della nuova simulazione è stata eseguita tramite sezionatura, sia dell alimentazione (Fig. 26, Fig. 27 e Fig. 28) che del getto (Fig. 29 e Fig. 30), di una produzione pilota di getti prodotti in ghisa EN-GJS La sezionatura conferma le previsioni della simulazione dopo la calibrazione. Fig Sistema di alimentazione ottimizzato con le materozze di Heine. Fig Sezione della materozza di sinistra in Errore. L origine riferimento non è stata trovata. Fig Sezione della materozza di destra in Errore. L origine riferimento non è stata trovata. controllati è possibile compensare il ritiro metallico con l espansione grafitica e, in tal caso, i getti non necessitano di alimentatori. Tuttavia se il ritiro è maggiore della espansione si formano difetti di ritiro macro o micro (Fig. 31). Oppure nel caso contrario, un espansione troppo eccessiva può indurre la distruzione dei noduli di grafite (Fig. 31 e Fig. 32) a causa dell eccessiva pressione interna 9, o ottenere flottazione della grafite, con conseguenze indesiderabili sulle proprietà meccaniche. La progettazione dei sistemi di alimentazione nelle fusioni in ghisa sferoidale si basa su Conclusioni La solidificazione della ghisa è la più complessa solidificazione tra le leghe utilizzate nella produzione di getti fusi. La complessità deriva dalla contemporanea nucleazione e crescita dell austenite con la germinazione della grafite tramite il rigetto del carbonio in eccesso. Questo principio si manifesta nella contrazione della matrice metallica e nell espansione della grafite. Se questi due fenomeni sono Fig Sezionatura lungo la flangia più massiva. Fig Getto sezionato, in alto la mezza staffa supeirore e in basso quella inferiore. Fig. 31- Possibili difetti derivanti da una scarsa o eccessiva espansione grafitica 9,11. Fig Esempio di precipitazione grafitica esagerata. Si notano crepe che si formano di seguito alla pressione interna sviluppata dalla grafite

68 XXXII Congresso principi specifici delle leghe ferrose e particolarmente rigorose per l acciaio. Ma queste perdono notevole importanza nel caso della ghisa con grafite sferoidale, a seguito della complessa natura della sua solidificazione. Per questo motivo i criteri di progettazione per l alimentazione delle ghise con grafite sferoidale, si dovrebbero basare prima di tutto sull ottimizzazione ed il mantenimento costante della qualità metallurgica del metallo, e successivamente attraverso l uso dei moduli di solidificazione. Infatti la direzionalità della solidificazione come principio, può avere effetti più negativi che positivi nelle fusioni in ghisa. Poiché la separazione del getto in zone con più nuclei caldi può avere un effetto positivo, a patto che ogni area sviluppi il necessario grafitico per l autoalimentazione; contrariamente all acciaio dove è importante mantenere in contatto la fusione con l alimentazione del liquido. In conclusione solo attraverso condizioni metallurgiche controllate e mantenute costanti è possibile la corretta calibrazione del parametro CLF (Critical Liquid Fraction) e della curva di densità, di qualsiasi programma moderno di simulazione. È infatti questo il vero successo, realizzare fusioni ottimizzate, economicamente più performanti ed ecologicamente più efficienti. Ringraziamenti Si ringrazia in primo luogo l Ing. A.Udroiu per la preziosa collaborazione e la progettazione del lavoro, nonché per lo stimolo alla ricerca del miglioramento continuo. Un ringraziamento speciale ai collaboratori, la direzione e la proprietà della Arizzi Fonderie che hanno reso possibile questo progetto. Si ringrazia la NovaCast System AB per la formazione tecnica ed il supporto all utilizzo della simulazione e dell analisi termica. Matteo Pesci, Paolo Salvi - Arizzi Fonderie S.Giorgio S.p.A., Albino (BG). 1 AA.VV., Manuale SORELMETAL della ghisa sferoidale, Rio Tinto Iron&Titanium INC. (2011). 2 C.R. Loper, R.W. Heine, C.C. Wang and L. Janowski, AFS Trans, 84 (1976), B. Lux: AFS Cast Metals Res. Journal, (1972), B. Lux: AFS Cast Metals Res. Journal, (1972), D.M. Stefanescu, Science and Engineering of Casting Solidification, Springer, New York (2002). 6 D.M. Stefanescu, Solidification and modeling of cast iron A short history of the defining moments, Materials Science and Engineering A (2005) T. Skaland, Nucleation mechanisms in ductile iron, Proceedings of the AFS Cast Iron Inoculation Conference, Sept (2005). 8 J.R. Brown, Foseco Ferrous Foundryman s Handbook, Elsevier (2008). 9 Adrian Udroiu, The Use of Thermal Analysis for Process Control of Ductile Iron, Seminar NovaCast (2002). 10 Adrian Udroiu; Die Kiel Theorie; Ein neuer Ansatz zur Erlarung der Bildung von Chunky- Graphit in Gusseisen mit Kugelgraphit. Giesserei Rundschau, nr. 60, (2013). 11 Adrian Udroiu; Corsi per tecnici di Fonderia, Assofond, Italia. 66

69 EKW Italia S.r.l. via del Lavoro 21, Concorezzo (MB) Italy Tel Fax Refrattario e servizio nel sistema

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72 XXXII XXXII Congresso Congresso di di L. Rovatti J. Lemke M. Vedani O. Stejskal Fonderia Fonderia XXXII Congresso di Fonderia SESSIONE METALLI FERROSI: METALLURGIA, SIMULAZIONE SW Progetto EU DEBACOAT: sviluppo di leghe ferrose e tecniche fusorie per la produzione di rivestimenti resistenti ad usura ed abrasione L obiettivo del progetto DEBA- COAT (Development of High- Performance Barrels with Innovative Gradient Coatings), nel quale è inserito questo lavoro di ricerca, è lo sviluppo di barrel bimetallici per estrusori con rivestimenti innovativi. In questa memoria si presentano, da una parte, i risultati relativi all analisi degli effetti della diluzione su una lega hardfacing Fe-C-B-Ni e, dall altra, quelli legati alla formulazione di nuove leghe ad alto tenore di vanadio con elevate proprietà antiusura. Parole chiave: hardfacing, diluizione, microstruttura, usura. Introduzione La produzione di rivestimenti spessi mediante hardfacing consiste nella deposizione di un materiale ad elevata durezza, resistenza ad usura e alla corrosione sulla superficie di un componente più vulnerabile, per aumentarne la vita in esercizio. Le pareti interne degli estrusori per lo stampaggio di polimeri sono un classico esempio di applicazione, essendo rivestite tramite nitrurazione o con rivestimenti dello spessore dell ordine del millimetro, a causa dell ambiente tribo-corrosivo a cui sono soggette 1,2. Tali leghe contengono generalmente elementi con alta affinità con il carbonio come Cr, Mo, V e Nb, che, formando fasi dure, ne aumentano la resistenza all usura 3-6. Una delle possibili tecnologie di deposizione di leghe hardfacing è lo spin casting o spin coating, che può essere considerato una sorta di colata centrifuga nella quale una lega è fusa e risolidificata all interno di in un cilindro posto in rotazione. Durante il processo di deposizione, a causa delle elevate temperature di processo, si verificano fenomeni diffusivi che provocano effetti di diluizione sui rivestimenti. Considerando che la diluizione può essere definita come percentuale di materiale base nel coating 7, in questa ricerca sono stati analizzate mediante colate in laboratorio le conseguenze della diluizione in una lega hardfacing Fe-C-B Ni attraverso graduali aggiunte di Fe puro. Come ultima fase dello studio è stata analizzata la microstruttura di nuove leghe prodotte tramite aggiunte crescenti di una polvere ricca in vanadio. Procedura sperimentale Gli effetti della diluzione su una lega hardfacing standard Fe-C- B-Ni (composizione riportata in Tab. 1) sono stati analizzati tramite la fusione in crogioli di allumina (dimensioni di 30 x 15 x 10 mm) di miscele prodotte da polveri atomizzate di lega base con una graduale aggiunta di Fe. Sono stati studiati diversi livelli di diluzione a partire da 10% fino al 40%. Questa metodologia di studio è stato sviluppata per simulare gli effetti della diluizione attraverso un approccio sperimentale riproducibile in laboratorio in modo rigoroso e controllabile. Inoltre i campioni massivi di opportuna forma hanno C+B Si Mn Cr Ni Mo V Fe Fe-C-B-Ni Bal. Fe-12V-Cr Bal. Tab. 1 - Composizione della polvere della lega base e della polvere Fe-12V-Cr (% in peso). 70

73 XXXII Congresso In particolare, si nota dai dati in Tab. 2 che per aggiunte crescenti di Fe, le temperature di inizio e fine solidificazione aumentano nel campo di solidificazione ipoeutettica, dove, l intervallo di solidificazione raggiunge anche il valore massimo. Il controllo dell intervallo di solidificazione delle leghe hardfacing ha un ruolo significativo nel processo di deposizione. E noto che un intervallo di solidificazione troppo ristretto può essere negativo per il casting di leghe a causa della difficoltà per il liquido di riempire i vuoti interdentritici durante la solidificazione. Al contrario, leghe caratterizzate da intervalli di solidificazione troppo ampi mostrano preoccupante sensibilità alla formazione di cricche a caldo 8. Fig. 1 - Microstruttura della lega ipereutettica A (a) e della lega diluita del 30% Fe con microstruttura ipoeutettica (b). consentito una più agevole caratterizzazione delle proprietà. Per analizzare l effetto del vanadio sulla lega Fe-C-B-Ni, aggiunte crescenti (dal 5% al 40% in peso) di polvere di Fe-12V- Cr sono state miscelate a quelle della lega base (Tab.1). L evoluzione microstrutturale delle nuove leghe è stata studiata tramite microscopia ottica, elettronica, misure DSC (velocità di raffreddamento e riscaldamento di 30 C/min fino a 1200 C), di macrodurezza (981 N), mentre, la resistenza ad usura è stata analizzata attraverso prove pin-on-disc (carico 5N, velocità lineare di 0.1 m/s, lunghezza di 300 m). Risultati STUDIO SISTEMATICO DELLA DILUZIONE NEI RIVESTIMENTI DA SPIN CASTING La micrografia ottica riportata in Fig. 1a illustra la microstruttura della lega ipereutettica A, costituita da carbo-boruri primari del tipo Fe 3 (C,B), grafite ed eutettico. Per aggiunte crescenti di polvere di ferro è possibile individuare che la transizione della iniziale microstruttura ipereutettica a quella ipoeutettica si osserva per un aggiunta di Fe compresa tra il 10% e il 20% in peso. Infatti, per livelli di diluizione superiori al 10% si possono osservare sulla sezione i bracci delle dendriti metalliche primarie caratterizzate da una microstruttura bainitico-martensitica (Fig. 1b). In Tab. 2 sono riportati i risultati delle prove di durezza, delle prove DSC e delle prove di usura (per lunghezze di strisciamento pari a 300 m) in corrispondenza dei differenti livelli di diluizione. I risultati delle prove di usura indicano che elevati livelli di diluizione portano ad una marcata diminuzione della resistenza ad usura. In particolare, il volume di usura nella lega A diluita aumenta del 150% in corrispondenza di una diluizione del 30%. La lega A diluita del 10% presenta un volume di usura minore della lega base. Tale risultato è in accordo con l incremento di durezza della lega dopo diluizione (Tab. 2), legato sostanzialmente all eliminazione di isole di grafite presenti nella lega non diluita. NUOVE COMPOSIZIONI PER LEGHE HARDFACING: AGGIUNTA DI POLVERI RICCHE IN VANADIO L aggiunta di polvere a base Fe ricca in V alla lega Fe-C-B-Ni ha portato ad una variazione della microstruttura della lega base, da ipereutettica ad ipoeutettica, per aggiunte superiori al 20% in peso di Fe-12V-Cr (Fig. 2a). La lega A con un aggiunta di polvere di Fe-12V-Cr del 20% presenta il valore massimo di durezza (Tab. 3). Tale risultato risulta coerente con la microstruttura eutettica delle lega in cui i carburi di vanadio di forma cuboidale sono dispersi omogeneamente (Fig. 2a). Un livello di Fe-12V-Cr fino al 20% nella lega base non porta ad un incremento delle temperature di liquidus e solidus nelle nuove leghe. Al contrario, le nuove leghe ipoeutettiche ricche in vanadio subiscono un Lega Durezza HV T liquidus ( C) T solidus ( C) ΔT ( C) Volumi di usura (μm 3 ) A 543 ± x 10 4 ± 44.7 A+10%Fe ± x 10 4 ± 62.6 A+20%Fe 618 ± A+30%Fe 645 ± x 10 4 ± Tab. 2 - Durezza, intervalli di solidificazione e volumi di usura delle leghe diluite dopo prove pin-on-disc per una lunghezza di strisciamento di 300 m. 71

74 XXXII Congresso Lega Durezza HV T liquidus ( C) T solidus ( C) ΔT ( C) Volumi di usura (μm 3 ) A 543 ± x 10 4 ± A+ 20%Fe-12V-Cr 771 ± x 10 4 ± 83.1 A+ 40%Fe-12V-Cr 656 ± x 10 4 ± 62.8 Tab. 3 - Durezza, intervalli di solidificazione e volumi di usura dopo prove pin-on-disc per una lunghezza di strisciamento di 300 m delle nuove leghe ad alto V. chiaro aumento del range e delle temperature di solidificazione (Tab. 3). Per aggiunte superiori al 40% in peso della polvere Fe-12V-Cr (contenuto di vanadio di circa il 5%) si individuano VC di forma sferoidale delle dimensioni medie di circa 5 m. Un dettaglio della superficie di usura della lega con il 40% di Fe-12V-Cr è riportato in Fig. 2b. Come è possibile osservare dalla micrografia BSE, i carburi di vanadio di dimensioni ridotte rimangono ancorati alla matrice senza fratturarsi. Infatti, le cricche che si osservano nella traccia di usura, sono principalmente associate alla matrice ossidata. Dall analisi del comportamento ad usura delle nuove leghe emerge che l aggiunta delle polveri ricche in V portano ad una significativa diminuzione del volume di usura rispetto alla lega base, rispettivamente, di circa il 76% e 84% per le leghe con il 20% e con il 40% di Fe-12V-Cr. Conclusioni Fig. 2 - Micrografie BSE (backscattered electron) della lega base contenente il 20% di Fe- 12V-Cr (a). BSE della traccia di usura della lega A+40Fe-12V-Cr a seguito di una prova pinon-disc (b). Il presente studio che si inserisce nel progetto di ricerca Europeo DEBACOAT (Development of High-Performance Barrels with Innovative Gradient Coatings) all interno di FP7-SME-2012 (project ID ) ha portato a raggiungere i seguenti risultati: è possibile definire un approccio di studio sistematico della diluizione per l ottimizzazione delle proprietà e della microstruttura di rivestimenti hardfacing; un aggiunta della polvere Fe- 12V-Cr ad una lega ipereutettica Fe-C-B-Ni ne incrementa la durezza e le proprietà ad usura grazie all azione di rinforzo offerta dai carburi di vanadio finemente dispersi. Un livello di Fe-12V-Cr fino al 20% nella lega base non comporta rilevanti modifiche nell intervallo di solidificazione mentre nelle nuove leghe ipoeutettiche ad alto V si osserva un chiaro aumento della temperatura di liquidus. Ringraziamenti Il presente studio è stata sviluppato nel quadro del progetto di ricerca DEBACOAT- Development of high-performance barrels with innovative gradient coatings, finanziato dalla Commissione Europea all interno del FP7-SME-2012 (ID del progetto: ). L. Rovatti, J. Lemke, M. Vedani - Politecnico di Milano, Dipartimento di Meccanica, Milano - O. Stejskal- Bernex Bimetallic Sro, Modrice, Czech Republic. 1 M. Heinze, G. Menning, G. Paller, Surf. And Coat. Techn (1995) J. He, J.M. Schoenung, Surf. and Coat. Techn. 157 (2002) Q. Wang, X. Li, Welding J., 2010, 38, E.O. Correa, N.G. Alcantara, D.G. Tecco, R.V. Kumar, Metall. Mater. Trans., 2007, 38A, R.J. Chung, X. Tang, D.Y. Li, B. Hinckley, K. Dolman, Wear, 2013, 301, David A. Porter, Kenneth E. Easterling, Phase Transformations in Metals and Alloys, pag. 425, 3 rd edition, CRC Press, B. Valsecchi, B. Previtali, E. Gariboldi, International Journal of Structural Integrity 3 (2012) No J. Campbell, Castings, Butterworth Heinemann, Oxford, UK,2nd edition,

75 SIDERMETAL S.p.A. - Via Europa, Camignone di Passirano (BS) Tel Fax

76 XXXII XXXII Congresso Congresso A. Vezzuli di di Fonderia Fonderia XXXII Congresso di Fonderia SESSIONE METALLI FERROSI: METALLURGIA, SIMULAZIONE SW Soluzioni individuali Cold Box connesse all alimentatore La Chemex GmbH Delligsen, filiale della Hüttenes-Albertus Chemische Werke GmbH realizza da quarantanni nello stabilimento di Delligsen maniche conformi alle esigenze specifiche del cliente. Nel 2001, l introduzione della manica realizzata con il processo Cold- Box ha portato di fatto ad una riconversione della tecnologia con uno sguardo al futuro. Nonostante il disastroso incendio del 2008 e i successivi anni di crisi, gli sviluppi tecnologici e il servizio orientato al cliente hanno contribuito a una costante crescita dell azienda. In particolare, n egli ultimi anni le maniche telescopiche sono diventate un punto fisso per il mercato. La realizzazione delle maniche in più pezzi si contraddistingue, oltre che per le eccellenti proprietà di forma e di alimentazione, in particolare per l elevata dinamicità. Lo spettro offerto copre moduli compresi fra 0,8 e 8,6. Grazie alla combinazione di vari componenti superiori esotermici o isolanti con rispettivi elementi inferiori esotermici è possibile calcolare con il fonditore la soluzione ottimale per la realizzazione del getto. Mediante l ottimizzazione della tecnica di alimentazione si ottengono vantaggi dal punto di Fig. 1 - Assortimento di maniche telescopiche. vista ambientale (es. riduzione del fabbisogno fusorio risparmiando sulle parti destinate alla rifusione) nonché vantaggi economici (esempio: risparmio sui costi di sbavatura). Manica telescopica laterale Quale coerente evoluzione della manica telescopica per impianti di formatura a sezione orizzontale, nel 2013 è stata introdotta la manica telescopica laterale per l impiego su impianti di formatura a sezione verticale. In passato l impiego di alimentatori esotermici negli impianti di formatura a sezione verticale era l eccezione e non la regola. Nella maggior parte dei casi si rendeva necessario adattare la manica in base al tipo di getto per poterne consentire l utilizzo. I costi connessi alla fabbricazione della attrezzatura andavano a discapito delle soluzioni possibili, malgrado la riduzione dei costi di sbavatura e la maggior resa rispetto ai sistemi di alimentazioni tradizionali. Per garantire alle fonderie che impiegano maniche esotermiche un risultato durevole, le maniche telescopiche laterali sono state dotate di un sistema di alimentazione idoneo per diversi tipi di geometrie; per getti > 20 kg; per consentire lo scarico dell aria attraverso la manica; Fig. 2 - Manica telescopica laterale nello stato in cui viene fornita. 74

77 XXXII Congresso per garantire una buona smaterozzatura; per poter essere collocate al di fuori del piano di divisione della forma. La manica telescopica viene montata su un impianto Disamatic (ad es.) quando la piastra oscillante si trova in posizione orizzontale e la motta viene spinta dalla piastra fissa. In questo modo la manica può venir ramolata rispettando i tempi macchina previsti. Una Fig. 4 - Assortimento di anime di segmentazione esotermiche e isolanti. Fig. 3 - Uso della manica telescopica laterale. volta che la piastra oscillante è ritornata in posizione verticale e si è ultimato il riempimento con la terra, la manica telescopica si comporta in maniera analoga agli alimentatori per impianti di formatura orizzontali consentendo così di ottenere superfici di contatto minime e la miglior resa dell alimentatore. A completamento della gamma di produzione di alimentatori esotermici la Chemex GmbH offre soluzioni speciali personalizzate e anime di segmentazione esotermiche o isolanti. Alla luce del costante incremento dei prezzi delle materie prime, di componenti sempre più complessi e degli aspetti ambientali, le soluzioni per maniche su misura e con elementi specifici acquistano sempre più importanza. Utilizzando masse prive di fluoro è possibile riprodurre in materiale esotermico anche geometrie complesse di grandi dimensioni senza rischio di impatti negativi sulla struttura dei getti grezzi. A. Vezzuli Chemex GmbH 75

78 XXXII XXXII Congresso Congresso di di M. Rosso I. Peter, C. Castella R. Molina Fonderia Fonderia XXXII Congresso di Fonderia SESSIONE METALLI NON FERROSI Proprietà delle leghe AlZn10Si8Mg per applicazioni ad alte prestazioni In questo articolo viene proposta una lega base alluminio auto indurente (AlZn10Si8Mg) con potenziali applicazioni nell industria Automotive. Sono stati considerati campioni prodotti con diverse velocità di raffreddamento. La resistenza meccanica, l evoluzione della durezza, il comportamento della microstruttura e la resistenza a corrosione sono i parametri analizzati su campioni preparati con un contenuto di Mg variabile (nel campo di valori tra 0.5 e 3% in peso). L analisi della superficie di frattura è stata eseguita per identificare la presenza di difetti sulle superfici di rottura e per correlarli alle prestazioni meccaniche. Come atteso velocità di raffreddamento più elevate favoriscono lo sviluppo di microstrutture più fini collegate a buone prestazioni meccaniche. Una distribuzione uniforme di una struttura intermetallica a base Zn, responsabile del comportamento di auto indurimento della lega è stata rilevata. Aggiunte di Mg fino all 1% contribuiscono a migliorare le proprietà meccaniche della lega e la sua resistenza agli agenti corrosivi. Introduzione Esiste un interesse crescente all utilizzo di materiali leggeri per diminuire il consumo di energia e l emissione dei gas nell ambiente 1. Questo è un target veramente importante e coinvolge in modo particolare l industria dei trasporti. Le leghe di alluminio rivelano importanti proprietà (bassa densità, elevata resistenza rispetto alla densità, buona deformabilità e buona resistenza alla corrosione) e per questa ragione sono consigliate per la produzione di componenti per applicazioni automotive e aerospaziali 2-5. È stato largamente riportato il grande sforzo della comunità scientifica di sviluppare nuove leghe e/o processi innovativi per la produzione di componenti industriali ad elevate prestazioni. Processi in semisolido (Thixoforming, Rheocasting) 6-10 e alcune tecniche innovative, come lo squeeze casting avanzato 11-15, sono state considerate come la strada del near net shape capace di ridurre la presenza di difetti (porosità da ritiro o da gas) generati tipicamente nelle parti in Al ottenute con metodi di fonderia tradizionali. Attualmente grandi investimenti relativi a questi processi portano verso il loro impiego su applicazioni industriali estensive. Una opzione con delle attrattive può venire attribuita all utilizzo di una lega di alluminio auto indurente 16. Questa classe di leghe ha una particolare caratteristica: Sono soggetti ad un fenomeno di invecchiamento naturale e dopo un periodo che va da 10 giorni possono raggiungere delle caratteristiche meccaniche buone senza alcun trattamento termico successivo Questo articolo vuole quindi rappresentare un importante contributo benefico atto a ridurre considerevolmente i costi di produzione di alcuni componenti. In questo articolo è stata prodotta e analizzata una lega auto indurente a base Al (AlZn10Si8Mg), prodotta per pressocolata, con contenuti di Mg crescenti. Il confronto di tre tipi di lega, considerando anche la velocità di raffreddamento dei getti, è stato eseguito allo scopo di trovare una composizione ottimale e le condizioni di processo che portassero a miglioramenti delle proprietà meccaniche e di resistenza a corrosione. Procedura Sperimentale Le leghe, con la composizione chimica riportata in Tab. 1, sono state prodotte con la tecnica di pressocolata in Teksid Aluminum Srl, nello stabilimento di Carmagnola (TO). 76

79 XXXII Congresso Elementi Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Al Campione A completare Campione A completare Campione A completare Tab. 1 - Composizione chimica (% in peso) delle tre leghe prodotte. Le caratteristiche meccaniche e strutturali, sono state analizzate come una funzione del contenuto di Mg. Considerando che in condizioni di equilibrio il livello di solubilità massimo del Mg nell Al è del 17.4% in peso, solitamente il suo contenuto non supera il 5% in peso nelle leghe per deformazioni plastiche e il 10% nelle leghe da fonderia. Per queste ragioni il contenuto di Mg è stato mantenuto in questo campo. Le leghe prodotte, con un contenuto di Mg crescente sono state etichettate come Campione per 10Si8Mg, Campione per 10Si8Mg1 e Campione per 10Si8Mg3, come riportate in Tab. 1. Per analizzare gli effetti della velocità di raffreddamento sulla microstruttura sui getti per tutte le composizioni considerate è stata sviluppata una speciale geometria, visibile in Fig. 1. Il peso del getto di alluminio è circa mezzo chilogrammo senza il sistema di alimentazione. La configurazione appena menzionata permette di ottenere un getto con differenti velocità di solidificazione, con diversi sviluppi di microstruttura nello stesso getto. In questo getto a scalini è stata realizzata una variazione degli spessori da che porta la velocità di raffreddamento a diminuire dalla zona A (più vicina Campione D Campione C all alimentatore) alla zona D (vicina ai Riser), generando diverse microstrutture nel getto. Le proprietà meccaniche sono state analizzate utilizzando alcuni campioni estratti direttamente dalle configurazioni preparate. In particolare i campioni 50x10x5 derivanti dalle sezioni A e C sono stati utilizzati per la determinazione dei carichi di resistenza a flessione e delle deformazioni a rottura tramite una prova a flessione a 3 punti (con un dinamometro Zwick Z100 opportunamente attrezzato). A causa delle dimensioni dei campioni non adatte ad una prova di trazione si è optato per la prova di flessione a 3 punti. Il carico applicato corrisponde a 5 kn. Per le prove di resilienza sono stati utilizzati i campioni estratti dalle zone B e D, per valutare l energia assorbita dai campioni durante pendolo Charpy utilizzato provvede 50J a temperatura ambiente, ed i campioni sono non intagliati di dimensioni 10x10x50. Sui campioni lucidati sono stati eseguite prove di durezza tramite un apparecchio Volpert Du10. Una forza di 50N è stata applicata per almeno 15s per ogni misura ed un minimo di 5 prove sono state eseguita per ogni campione. I campioni per le analisi morfologiche sono stati ricavati da Campione B Fig. 1 - Geometria del getto a scalini utilizzato per lo studio. Da Sx a Dx, Campione D, Campione C, Campione B, Campione A. Campione A quelli testati dal punto di vista meccanico, e sono stati preparati con una procedura metallografica standard con montaggio e lucidatura. La microstruttura dei campioni è stata analizzata utilizzando un microscopio ottico (OM, MeF4 Reicharte-Jung) ed un microscopio a scansione elettronica (SEM, Leo 1450VP), equipaggiato con una sonda a Raggi X per la spettroscopia dispersiva (EDS, Oxford Microprobe), utilizzata per le analisi della composizione. Lo stesso strumento è stato utilizzato per le analisi frattografiche delle superfici di rottura dei campioni, dopo le prove meccaniche, per determinare alcune delle cause di rottura dei campioni. Per l identificazione delle fasi è stato utilizzato la tecnica ai raggi X (X-Ray, PANanalythicalTool con Cu e lunghezza d onda di ). Le prove di corrosione sono state eseguite in una camera a nebbia salina secondo gli standard ISO 9227 usando una configurazione generale, con tutte le composizioni, per controllare gli effetti dell aggiunta di Mg sulla resistenza a corrosione delle leghe. Dopo alle ispezioni visive alcuni campioni sono stati estratti direttamente dai getti a gradino e sottoposti a prove meccaniche per confrontare il comportamento della lega prima e dopo le prove di corrosione. La resistenza a corrosione è stata misurata per tutte le leghe, inserendo dentro la camera di prova contenente il mezzo corrosivo (la soluzione utilizzata comprende 5% in peso di Na- Cl) per 480 ore come previsto dallo standard. La camera di prova è stata mantenuta alla temperatura costante di 35 C per tutta la durata delle prove. 77

80 XXXII Congresso Risultati e discussioni ANALISI MICROSTRUTTURALI La solidificazione è critica per lo sviluppo della microstruttura nei getti, e può essere considerata come la principale responsabile per lo sviluppo delle proprietà meccaniche. La solidificazione può essere considerata come divisa in due fasi: Prima la fase -Al e la regione eutettica si sviluppano, seguite dalla separazione delle particelle intermetalliche secondarie dal fuso. Gli effetti dei velocità di raffreddamento, e di conseguenza l aumento della velocità di solidificazione attraverso la microstruttura del getto generalmente sono in grado di evitare lo sviluppo di segregazione, considerabile una dispersione delle fasi. Le Leghe con diversa velocità di solidificazione e diverso contenuto di Mg sono state sottoposte ad osservazioni morfologiche. La microstruttura di tutte le leghe studiate consiste in Precipitati -Al, originati dal metallo liquido come fase primaria. Questa soluzione solida è immersa nella miscela eutettica Al-Si. La Fig. 2 riporta le microstrutture delle leghe in funzione del contenuto di Mg e della velocità di solidificazione. In Particolare, le condizioni riportate, riguardano i campioni estratti dalle zone A e C, che portano rispettivamente una alta ed una bassa velocità di solidificazione. Indipendentemente dal contenuto di Mg, elevate velocità di solidificazione promuovono una rapida nucleazione e crescita delle particelle ed allo sviluppo di una microstruttura più fine. A causa della solidificazione più rapida la fase -Al non può crescere ad una struttura completamente dendritica, prima di una completa solidificazione del fuso. In particolare una struttura più fine è stata osservata per campioni derivanti dalle zone A (che hanno una velocità di solidificazione maggiore, a sinistra in Fig. 2 - Microstruttura delle leghe considerata come funzione del contenuto di Mg e della velocità di solidificazione, a sinistra campioni prelevati dalla zona A e a destra prelevati dalla zona C. Fig. 2), rispetto a quelli derivati dalle zone C (velocità di solidificazione più bassa, a destra in Fig. 2). La morfologia dei campioni risulta essere governata dal contenuto di Mg. Con l aumentare della percentuale di Mg (passando dalle figure più in alto a quelle verso il basso) si osserva lo sviluppo di una più accentuata morfologia dendritica, la crescita della struttura nella formazione di -Al sotto forma di dendriti è associata a una maggior segregazione evidenziata nelle regioni eutettiche(muovendo dall alto verso il basso della Fig. 2). In Questo caso un modesto quantitativo di Mg mostra formazioni aciculari. In Posizioni confrontabili sull intero getto non sono evidenziate variazioni considerevoli. In tutte le leghe intermetalliche a base Mg sono stati evidenziati sotto forma di scritture cinesi (aree evidenziate in Fig. 2). La dimensione di questi composti Mg 2 Si può essere correlata direttamente al contenuto di Mg nella lega: come prevedibile un aumento del contenuto di Mg porta a particelle di Mg 2 Si di maggior dimensione. Allo stesso tempo la velocità di solidificazione controlla la crescita delle particelle intermetalliche: nel caso di campioni estratti dalla zona C, con velocità di solidificazione più bassa si sono sviluppati precipitati di maggiori dimensioni. Una condizione relativamente equivalente è stata raggiunta con una un maggior contenuto di Mg e una minor velocità di solidificazione. La Fig. 3 riporta gli spettri ottenuti dalle analisi ai raggi X. Alcune differenze vengono evidenziate: in tutte le leghe considerate si nota la presenza di -Al e Si, ma i segnali di diffrazione relativi alla presenza di Mg 2 Si secondaria sono più accentuati nel caso delle leghe AlZn10Si8Mg1 e AlZn10Si8Mg3. È stata anche rilevata la presenza di fasi intermetalliche MgZn 2. 78

81 XXXII Congresso Fig. 3 - Diffrattogramma per le leghe studiate. Fig. 4 - Microstruttura SEM della lega AlZn10Si8Mg che mostra la presenza di particelle intermetalliche base Zn e Fe. Fig. 5 - Microstruttura SEM mostrante la presenza di particelle intermetalliche nello stato as-cast. La presenza di particelle intermetalliche a base Zn (particelle bianco brillanti in Fig. 4) e - AlFeMnSi esagonali (Particelle grigie in Fig. 4) è stata rilavata alle osservazioni SEM e analisi EDS, queste interrompono in modo casuale la microstruttura della lega per tutte le composizioni. Lo Zn è soggetto ad un processo di diffusione responsabile del comportamento di auto indurimento di questo tipo di leghe. Il processo di diffusione sembra stabilizzato dopo 20 giorni, nessuna variazione è stata rilevata dopo questo periodo, sia dal punto di vista della resistenza meccanica che della microstruttura. Anche se il ferro è considerato un impurità sfavorevole nei getti, è stato mantenuto a bassi livelli, ed in presenza di Mn, che ha la capacità di alterare la morfologia dell intermetallico, ed è stata eseguita la promozione delle formazione di un composto intermetallico -AlFeMnSi maggiormente compatto. In questo modo l effetto negativo sulle proprietà meccaniche (in particolare per quanto riguarda la duttilità) e sulla resistenza a corrosione è stato limitato. Con l aumento del contenuto di Mg, si evidenzia lo sviluppo di una fase MgZn 2, come indicato in Fig. 5. In questa microstruttura gli intermetallici MgZn 2 sono vicini alla fase intermetallica AlZn. La migrazione dello Zn è passata attraverso i bordi grano ed una diffusione di questo elemento è stata osservata nella formazione delle particelle MgZn 2. EVOLUZIONE DELLE PROPRIETÀ MECCANICHE In Fig. 6 è stata riportata l energia assorbita dai campioni non intagliati. A velocità di solidificazione elevate non ci sono grandi differenze di energia assorbita durante la frattura. Anche se il contenuto di Mg aumenta in questa situazione, le particelle intermetalliche presentano una dimensione ridotta e grazie alla loro distribuzione uniforme nella microstruttura non hanno prodotto nessun effetto negati- 79

82 XXXII Congresso Resilienza J Fig. 6 - Resilienza per le leghe studiate. Carico di rottura a flessione MPa Campione 1 Campione 2 Campione 3 Campione 1 Campione 2 Campione 3 Fig. 7 - Carico di rottura a flessione per le leghe studiate. Campione A Campione C Campione B Campione D prove di flessione in 3 punti eseguite sui campioni. Il campione B con 1% di Mg mostra un aumentato carico di rottura a flessione confrontato con i campioni A per entrambe le microstrutture con elevata velocità di raffreddamento e con bassa velocità di raffreddamento rispettivamente, dovuto all effetto rafforzante delle particelle intermetalliche Mg 2 Si. Il successivo aumento del contenuto di Mg determina una rapida decrescita dello stesso parametro per entrambe le microstrutture, come una conseguenza della evoluzione di precipitati più grandi. Questi precipitati, principalmente a causa della loro dimensione non trascurabile agevolano la formazione di cricche e conseguentemente alla rottura della lega. Lo stesso comportamento è ottenuto analizzando i risultati della deformazione a rottura. Sulle superfici di frattura è stata eseguita una analisi frattografica. Diversi tipi di difetti sono stati rilevati accidentalmente con un effetto limitato sulla valutazione delle proprietà meccaniche delle leghe. Le figure da 8 a 10 mostrano le superfici di frattura delle leghe: in tutti i casi si nota una frattura mista caratterizzata da alcuni dimples e alcune zone di clivaggio. vo sula resistenza a impatto. Quando la velocità di raffreddamento diminuisce e il contenuto di Mg aumenta, a causa dello sviluppo di una microstruttura più grossolana con particelle intermetalliche più larghe la resilienza decresce considerevolmente. Una durezza superiore è stata misurata nelle leghe ricche di Mg ed è dovuta alla crescita di larghe particelle intermetalliche all interno della struttura. Nel caso dei più elevati contenuti di Mg col diminuire della velocità di solidificazione è stato ottenuta una amplificazione locale dei di queste proprietà. La Fig. 7 riporta i risultati delle Fig. 8 - Frattografia SEM del campione 1. 80

83 XXXII Congresso La presenza di Porosità nell alluminio (Fig. 8), di cavità da ritiro (Fig. 9), e la presenza di alcune zone fragili (Fig. 10), è stata rilevata occasionalmente. Fig. 9 - Frattografia SEM del campione 2. Fig Frattografia SEM del campione 3. Fig Set-up del bagno corrosivo per l esperimento. ANALISI DELLE RESISTENZA A CORROSIONE La capacità di resistere alla corrosione della lega è stata monitorata per un periodo di oltre 20 giorni tramite immersione in un media corrosivo, come mostrato in Fig. 11. A tempi prestabiliti i campioni sono stati estratti dal bagno per controllare il livello di degradazione delle superfici, e per attestare se la corrosione concerne solo la superficie dei campioni o interessa anche la matrice metallica. Il confronto dei campioni viene eseguito per verificare l effetto dell aggiunta di Mg sulla resistenza a corrosione delle leghe. La Fig. 12 mostra l immagine ottenuta dopo il mantenimento per 24, 168 e 480 h in ambiente corrosivo: dopo 480h i campioni non sono più stati controllati. Dopo 24 h d esposizione il campione con un maggior contenuto di Mg sembra essere più resistente all ambiente corrosivo: alla fine del tempo di mantenimento la superficie è più o meno identica a quando era allo stato iniziale. Alcune analisi meccaniche preliminari sono state eseguite su campioni estratti da quelli sottoposti a prova di corrosione sembrano essere estremamente promettenti: infatti i valori ottenuti dalle prove meccaniche dopo alla prova di corrosione sono praticamente identici a quelli eseguiti prima di questa prova, significando che il fenomeno di corrosione interessa solo la superficie della lega e non influenza il loro comportamento meccanico generale. Alla fine della prova di corrosione non si sono rilevate sostanziali variazioni della resilienza per i campioni ottenuti con elevata velocità di solidificazione. 81

84 XXXII Congresso Campione 1 Campione 1 Campione 1 Campione 2 Campione 2 Campione 2 Campione 3 Campione 3 Campione 3 Fig Foto dei campioni analizzati nel media corrosivo. Conclusioni In questo articolo sono state studiate leghe AlZn10Si8Mg con un tenore di Mg crescente. Sono stati analizzati gli effetti della velocità di solidificazione sulle prestazioni della lega. Basandoci sui risultati ottenuti finora possiamo riportare le seguenti conclusioni: 1. come è noto la velocità di solidificazione ha un importante effetto sull evoluzione microstrutturale: maggiore velocità di solidificazione favorisce lo sviluppo di una microstruttura più fine collegata a maggiori proprietà meccaniche; 2. a basse velocità di solidificazione, come conseguenza dello sviluppo di particelle Mg 2 Si più larghe, si misura una più bassa resilienza, mentre analizzando il carico di rottura della prova di flessione aggiungere l 1% di Mg sembra essere una buona opzione; aumentare il contenuto di Mg al 3% permette di raggiungere un risultato negativo; 3. escludendo la velocità di solidificazione, elevati contenuti di Mg riducono la deformazione a rottura a flessione della lega; 4. alla fine della prova di corrosione sono state effettuate misurazioni con prove di resilienza; in questo caso la lega con un elevata velocità di solidificazione non ha mostrato alcuna variazione delle sue caratteristiche meccaniche; 5. combinando lo sviluppo delle proprietà meccaniche e della resistenza a corrosione della lega è stato rilevato che una lega AlZn10Si8Mg1 auto indurente rapidamente solidificato appare un buon candidato per la produzione di componenti automotive. Mario Rosso, Ildiko Peter, Christian Castella - Politecnico di Torino, Dipartimento di scienze applicate, Istituto di scienza ed ingegneria dei materiali per tecnologie innovative, ALTO Gruppo di metallurgia; Roberto Molina - Teksid Aluminum Srl. Parole chiave: Leghe base Alluminio, Auto indurimento, microstruttura. 82

85 XXXII Congresso 1 J.D. Du, W.J. Han, H. Peng, C.C. Gu, potential for reducing GHG emissions and energy consumption from implementing the Aluminumintensive vehicle fleet in China, Energy 35 (2010), J. Hirsch, T. Al-Samman, Superior light metal by Texture engineering: Optimized Aluminium and Magnesium alloys for automotive applications. ActaMaterialia 61, (2013), Z. Huda, N. Iskandar Taib, T. Zaharinie, Characterization of 2024-T3: An aerospace Aluminum Alloy, Material Chemistry and physics 113, (2013), L. Lang, T. Li, D. An, C. Chi, K.B. Nielsen, J. Danckert. Investigation into hydromechanical deep drawing of aluminum alloy-complicated component in aircraft manufacturing. Material Science and Engineering A 499 (2009), R. Ramesh, R. Bhattacharya, G. Williams. Effect of ageing on mechanical behavior of a novel automotive grade Al-Mg-Si alloy. Material Science and Engineering A 541 (2012), H. Lakshmi, M.C. Vinay Kumar, Raghunath, P. Kumar, V. Ramanarayanan, K.S.S. Murthy, P.Dutta. Induction Reheating of A356.2 aluminum alloy and thixocasting as automobile component. Trans. Nonferrous Met. Soc. China 20, (2010), A. Neang, V. Favier, R. Bigot, M. Pop, Microstructure and flow behavior during backward extrusion of semi-solid 7075 aluminum alloy. Journal of material processing technology 212 (2012), L. Bochao, P.Youngkoo, D. Hongseng, Effects of Rheocasting and heat treatment on microstructure and mechanical properties of A356 alloy. Material Science and Engineering A, 528 (2011), G. Wallace, A.P. Jackson, S.P. Midsou, Q. Zhu. High quality aluminum turbocharger impellers produced by thixocasting. Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 20 (2010) M. Rosso, I.Peter. New frontiers for Thixoforming. Int. J. Microstructure and Material Properties, Vol 8, Nos, ½ (2013). 11 M. Rosso, I. Peter, C.Bivol, R.Molina, G. Tonno. Developmentof Industrial components by advanced squeeze Casting Int J. Mater. Form. (2010) Vol. 3, Suppl M. Rosso. I. Peter, R. Molina, A. Montedoro, G. Tonno. P. Claus. Aluminum based componentswith enhanced characteristics through squeeze casting process. La metallurgiaitaliana n.3/ Z. Ming, Z. Wei Wen, Z. Hai-Dong, Z. Da-Tong, Li Yuan-Yuan. Effect of Pressure on microstructure and mechanical properties of Al- Cu based alloy prepared by squeeze casting. Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 17 (2007), Z. Han, X. Huang, A.A. Luo, A. K. Sachdev, B. Liu. A quantitative model for describing crystal nucleation in pressurized solidification during Squeeze Casting. ScriptaMaterialia, 66 (2012), P. Vijian, V. P. Arunachalam. Optimization of Squeeze casting process parameters using Taghchi analysis. IntJournaleAdvManuftechnol33 (2007) E. Tillova, E. Durinkova, M. Chapulova, structural analysis of secondary AlZn10Si8Mg cast Alloy. ActaMetallurgicaSlovaca, Vol 17(2011) N M.Azadi, M.M. Shirazabad, Heat treatment effect on thermo-mechanical fatigue and low cycle fatigue behaviors of A356.0 Aluminum alloy. Materials and Design 45 (2013) I.A. Luna, H.M. MOlinar, M. J. Castro Roman, J.C. EscobedoBocardo, M.HerreraTrejo. Improvement of the tensile properties of an Al- Si-Cu-Mg Aluminum industrial alloy by using multisatage solution heat treatment. Materials science & Engineering, A 561(2013)

86 I dischi D2 invece presentano un gradiente microstrutturale attraverso lo spessore, mentre la composizione chimica è omogenea. La Fig. 2 mostra co- tecnico tecnico tecnico M. Collignon G.Regheere A. L. Cristol - Y. Desplanque D. Balloy tecnico tecnico tecnico Performance di frenata e influenza della microstruttura di freni a disco in ghisa per veicoli pesanti trasporto merci La rottura prematura di dischi freno per camion dovuta a criccature macroscopiche è una materia di grande interesse 1-3. Per migliorare le performance dei dischi freno la progettazione ed il materiale dei dischi vengono solitamente analizzati. Il presente studio è stato eseguito con lo scopo di trovare nuove soluzioni al livello del materiale per migliorare la durata dei dischi. Contesto Il mercato dei freni a disco è molto competitivo, e questo è il motivo per cui ci sono diverse soluzioni di materiale disponibili. Ci sono stati diversi studi riguardanti le composizioni delle ghise. Le prime ad essere sviluppate sono state le ghise ad alto contenuto di Carbonio. Successivamente sono stati aggiunti elementi aggiuntivi come Molibdeno, Vanadio, Niobio, Titanio e Nickel per migliorare la resistenza a fatica e all usura 4. Questi elementi sono però costosi e di conseguenza non sempre portano un sostanziale miglioramento al mercato. Questo ha portato a spostare l attenzione di alcuni produttori sulle morfologie delle particelle di grafite, che sono collegate all effetto intaglio nelle ghise lamellari. Come risultato sono state ottenute le ghise Vermicolari per l applicazione dei dischi freno, che hanno buone caratteristiche di resistenza agli shock termici, come le ghise lamellari, e una resistenza meccanica pari alle ghise sferoidali. Come contro si ha però la difficoltà di produzione di questo tipo di materiale. Nel mentre alcuni studi eseguiti al CTIF 5 hanno mostrato un miglioramento delle caratteristiche della ghisa lamellare arricchita in Azoto. Infatti è stato rilevato un aumento delle caratteristiche meccaniche dovuto alla forma modificata delle lamelle di grafite. Inoltre le caratteristiche alle alte temperature, sia statiche che sotto carichi variabili sono migliorate grazie alla migliorata stabilità della perlite. Alla luce di queste valutazioni una ghisa lamellare arricchita con Azoto ed una ghisa con un gradiente microstrutturale sono proposte per limitare l effetto intaglio della ghisa lamellare comunemente usata nella fabbricazione dei dischi freno. Il primo passo è stato valutare il comportamento in frenata di queste ghise tecnologicamente avanzate per valutane la sostenibilità. Come materiale 1 è stata considerata la ghisa lamellare arricchita in Azoto, mentre come materiale 2 una ghisa con un gradiente microstrutturale nella sezione dello spessore del disco. La superficie esterna contiene una percentuale bassa di grafite lamellare per diminuire l effetto di intaglio, mentre la proporzione di lamelle di grafite più grossolane aumenta verso l interno per assicurare una buona resistenza agli shock termici. Infine il materiale 3 è una ghisa lamellare a matrice perlitica, utilizzata come materiale di riferimento. Materiale dei dischi MICROSTRUTTURA Le tre ghise sono state prodotte nella fonderia del CTIF con composizioni equivalenti ed in accordo con le specifiche per i dischi freno per veicoli pesanti. Le composizioni però sono materiale confidenziale. D1 rappresenta i dischi in ghisa lamellare arricchita di azoto. La Fig. 1-a mostra la distribuzione della grafite nella zona superficiale, mentre la Fig. 1b riporta la microstruttura nella zona centrale. La microstruttura generale è composta da una matrice perlitica lamellare con lamelle di grafite lunghe 200µm e curvate regolarmente disperse nella matrice. 84

87 tecnico Lamelle di grafite Matrice perlitica Lamelle di grafite Perlite derivata da austenite primaria Grafite interdendritica Fig. 1 - Distribuzione della grafite sulla superficie del disco D1 e (b) Microstruttura della sezione. Fig. 2 - Ripartizione della grafite alla superficie del disco D2 con gradiente microstrutturale. me la superficie dei dischi D2 presenta grafite interdendritica tra le dendriti di perlite risultanti dalla austenite primaria insieme alle lamelle di grafite. La lunghezza delle formazioni di grafite interdendritica è di meno di 100µm, mentre le lamelle di grafite sono di circa 300µm. di conseguenza possiamo affermare che alla superficie è presente una maggiora quantità di particelle di grafite ma di dimensioni minori rispetto al cuore del disco. Per alcune ragioni legate alla lavorazione del disco, il gradiente della microstruttura non è perfettamente perpendicolare alla superficie del disco. Inoltre la microstruttura lungo la circonferenza del disco è risultata eterogenea, come visibile in Fig. 2-a, presentando principalmente grafite interdendritica e la Fig. 2-b con più lamelle di grafite. La Fig. 3 mostra le microstrutture della sezione a differenti profondità. Dalla superficie fino a di distanza (figure 3-a e 3-b) la microstruttura presenta aree di perlite ma anche perlite con formazione dendritica dalla formazione allo stato solido delle dendriti di austenite primaria. Allontanandosi dalla superficie questa convivenza di microstruttura cede il posto ad una sola matrice perlitica come quella mostrata nel disco D1. Le figure 4-a e 4-b mostrano la distribuzione della microstruttura rispettivamente alla superficie del disco e nella sezione per il disco di riferimento D3. In tutto il disco si vedono le stesse particelle di grafite lunghe 500µm regolarmente distribuite in una matrice perlitica. D1 D2 D3 25 C 50 C 25 C 50 C 25 C 50 C Conduttività termica (W/m/K) , Calore specifico (J/kg/K) Tab. 1. Caratteristiche termofisiche delle tre ghise a 25 e 500 C. 85

88 tecnico Perlite derivata da austenite primaria Grafite interdendritica Come mostrato in precedenza le lamelle di grafite dei dischi D1 e D3 sono di dimensioni maggiori delle formazioni interdendritiche osservate in D2. La differenza di lunghezza delle particelle spiega la minore conduttività riscontrata in D2. Il calore specifico dipende dal rapporto in volume delle particelle costituenti. Siccome le tre ghise analizzate hanno un contenuto in ferro all incirca equivalente, i tre valori di calore specifico sono molto simili. Lamelle di grafite Matrice perlitica Test di frenata Matrice perlitica Lamelle di Grafite Fig. 3 - Microstruttra della sezione del disco D2 con gradiente microstrutturale a) alla superficie b (a 2mm di profondità c) a cuore del disco. EQUIPAGGIAMENTO SPERIMENTALE I tre dischi sono stati testati su di un tribometro di frenata 6 progettato espressamente per simulare frenate ad alta dissipazione di energia (Fig. 5). Una singola pastiglia viene premuta sulla superficie del disco. Il disco viene messo in rotazione tramite un motore elettrico ad una velocità iniziale di 70m/s mentre la pastiglia viene premuta sul disco tramite due attuatori idraulici che forniscono alla stessa una pressione che Fig. 4 - Distribuzione della grafite sulla superficie del disco D3 di riferimento e (b) Microstruttura della sezione. può raggiungere una pressione di contatto di 1x10 7 Pa. Gli strumenti di misurazione del tribometro permettono di valutare la velocità del disco (tachimetro del motore) e le componenti del contato perno-disco (sensore piezoelettrico 3D). Le condizioni meccaniche e termiche di questo test in scala ri- È importante tenere a mente nei tre casi osservati la quantità di grafite alla superficie del disco è la stessa, ma con variazioni solamente morfologiche e di ripartizione della grafite stessa. Attuatore idraulico PROPRIETÀ TERMOFISICHE Le proprietà termofisiche dei tre dischi sono mostrate in Tab. 1. La conduttività dei dischi D1 e D3 è simile ad entrambe le temperature studiate, mentre nel caso D2 a 25 è leggermente inferiore, mente è simile a Nella ghisa la conduttività è data dalle formazioni di grafite. Motore elettrico Fig. 5 - Tribometro di frenata. Disco Pastiglia Serie di frenatura di arresto 800 Tab. 2 - Condizioni di frenatura nel tribometro di frenata Carico Normale (N) Velocità iniziale (rpm) Inerzia (kg*m 2 ) Ripetizioni n*100; n= 0,12.14,16, Serie di rallentamenti 800 Da 1000 a

89 tecnico Tempi (s) Fig. 6 - Evoluzione del coefficiente di attrito per ogni disco durante le prove di frenatura a fermata a diverse velocità iniziali. dotta sono le più simili possibile alle condizioni reali. Il raggio di contatto medio sul disco è di circa mentre la superficie della pista di contatto sul disco è di circa 107 cm 2. Le pastiglie utilizzate sono state ricavate da materiale semi-metallico per pastiglie commerciali con un area di contatto di circa 11 cm 2. Il comportamento termico e tribologico dell accoppiamento disco/pastiglia viene controllato tramite attraverso un accurata scelta degli strumenti. Una camera ad infrarossi piazzata frontalmente al disco permette di monitorare le aree surriscaldate e la loro evoluzione. Alcune termocoppie vengono piazzate in fori appositamente eseguiti nella pastiglia e nel disco (tramite un collettore rotante) per monitorare le temperature a cuore. Durante la prova le componenti dello sforzo tra pin e disc (pastiglia e disco) sono calcolate con il sensore piezoelettrico tridimensionale equipaggiato dietro la pastiglia. PROCEDURA SPERIMENTALE Ogni coppia pastiglia/freno è stata testata sotto le stesse condizioni. Una lucidatura di rodaggio è stata ottenuta tramite una serie di frenature di fermata sotto carichi lievi. Questo ha permesso di ottenere una buona ed omogenea condizione di contatto tra le superfici. Il test di frenata inizia solamente quando la superficie della pastiglia è stata totalmente rettificata. In Tab. 2 è riportato un riassunto delle condizioni di frenatura. Gli esperimenti sono stati eseguiti come una serie di test di frenata a fermata con una quantità di energia da dissipare crescente, seguite da una serie di frenate di rallentamento per ottenere un effetto di accumulo di calore. Una data temperatura deve venire raggiunta e tra un test e l altro la temperatura media registrata dalle termocoppie deve diminuire di 80 C per poter iniziare la prova successiva. La velocità di inizio della prova viene aumentata ad ogni test susseguente. Il totale delle prove di fermata è stato 17. Risultati Il comportamento dell attrito, delle performance di frenatura, e le variazioni con il carico termico sono state analizzate in termini di dissipazione dell energia. COMPORTAMENTO DELL ATTRITO E TEMPERATURA INTERNA Il coefficiente di attrito rispetto al tempo di frenatura per ogni disco è mostrato in Fig. 6. Quattro prove, ognuna con una diversa velocità iniziale maggiore della precedente, sono state eseguite. Il valore del coefficiente di attrito è ottenuto dividendo il valore della reazione misurato per 800N, il carico normale applicato. In ogni prova il comportamento, la durata, ed il coefficiente di attrito è molto simile per tutti e 3 i di- Coefficiente di attrito Coefficiente di attrito Tempi (s) Fig. 7 - Evoluzione del coefficiente di attrito per ogni disco durante la serie di rallentamenti. 87

90 tecnico Temperatura del cuore del disco Tempi (s) Fig. 8 - Temperatura a cuore del disco durante la serie di rallentamenti. schi. Un confronto tra le prove mostra che ad una maggiore energia dissipata corrisponde una maggiore durata della frenata ed un incremento della fluttuazione del coefficiente di attrito. Nel caso di frenate con una velocità di partenza di 1000rpm il coefficiente di attrito rimane stabile a 0.4, incrementando solo nella fase finale della frenata. Durante le frenate da 2000rpm il coefficiente di attrito parte da circa 0.4 poi cresce leggermente fino a 0,55 verso la fine, con il disco D3 più stabile dei dischi D1 e D2 nella parte finale. Nel caso della frenata da una velocità iniziale di 2600rpm e 3000rpm è soggetto a variazioni più significative. In particolare nel caso della frenata da 3000 rpm, dove sono osservate le fluttuazioni maggiori. In questa prova le variazioni maggiori si sono rilevate nel disco D2, che ha un gradiente microstrutturale. Ad ogni modo tutti e tre i dischi presentano delle caratteristiche di attrito confrontabili ed un coefficiente medio di attrito intorno a 0.4 Ridurre le dimensioni della grafite sembra non avere una grossa influenza sull attrito. Questo perché anche se la dimensione delle particelle è diversa si ha la stessa quantità di grafite sulla superficie. Fig. 9 (a-d) - Termogrammi completi del disco D1 (ghisa arricchita con Azoto) a piena velocità delle quattro prove di frenata di arresto discusse nel testo, (e-h) A metà velocità, ovvero a metà prova delle quattro prove discusse nel testo. Una altro punto interessate è che in teoria con un aumento dell energia dissipata ci si aspetta un aumento di temperatura. Invece la temperatura media all interno dei campioni non mostra differenze significative tra i diversi dischi. Risulta quindi che modificare la microstruttura delle della grafite superficiale non è uno svantaggio termico così come lo si immaginava per il quantitativo di energia immagazzinata nel disco. La Fig. 7 mostra l evoluzione del coefficiente di attrito durante 4 prove di rallentamento, in particolare durante le prove numero 1, 5, 10 e 15. Durante il primo rallentamento la situazione in frenata è la stessa per tutti e tre i dischi. Per il disco D1 arricchito in azoto ed il disco D3 di riferimento mostrano lo stesso comportamento del coefficiente di attrito, con un valore di circa 0.4. il disco D2 con il gradiente microstrutturale ha un coefficiente che aumenta leggermente durante la seconda parte della frenata. Durante la quinta frenata di rallentamento le due ghise avanzate D1 e D2 mostrano un aumento del coefficiente di attrito, mentre quello relativo al D3 di riferimento decresce. In aggiunta il tempo necessario al rallentamento aumenta per il campione D3 rispetto alle altre due D1 e D2. Un comportamento simile ed anche più accentuato si ottiene durante il decimo rallentamento. La differenza di durata del rallentamento viene notata anche nel caso del decimo rallentamento; il coefficiente di attrito si attesta stabilmente per i campioni D1 e D2 sul valore approssimativo di 0.5 Nell ultimo esperimento della serie le frenate diventano tutte della stessa durata ed anche il coefficiente di attrito si stabilizza intorno allo 0.4. solamente il valore del coefficiente di attrito del campione D2 ha un leggero aumento nella parte iniziale della frenata di prova. La Fig. 8 mostra la variazione della temperatura a cuore di ogni disco freno durante la serie di rallentamenti. in tutti i 88

91 tecnico Posizione angolare Differenza in Z (scostamento Radiale) (µm) Fig. 10 (a) profilo circonferenziale del disco D3; (b) termogramma completo del disco D3 (disco di riferimento) a mezza velocità ovvero a metà della prova di frenata ad arresto da 3000 rpm. casi c è stato un generale incremento di temperatura da 70 a 320 C ad ogni modo però non tutti i dischi hanno raggiunto la temperatura impostata allo stesso tempo. Durante la prima frenatura tutti i dischi hanno ottenuto lo stesso salto di temperatura (approssimativamente 30 C). Nel corso del quinto rallentamento la temperatura interna era approssimativamente 210 C, ma D2 è stato il primo e D1 l ultimo a raggiungere questa temperatura. Richiamando la Fig. 6 la durata della frenata variava da un rallentamento all altro. Questo può collegarsi alle variazioni tra i segnali delle temperature interne. E stato anche osservato che alla massima temperatura, il coefficiente di attrito rimaneva approssimativamente di 0,4. Ciò indica che tutti i materiali mostrano una buona efficienza dell attrito anche ad elevate temperature. Alle temperature raggiunte durante i test di frenata l impatto della riduzione della dimensione delle lamelle sulla proprietà fisiche non è abbastanza per influenzare la quantità di calore immagazzinato, e di conseguenza i comportamenti termici del disco. LOCALIZZAZIONE TERMICA La localizzazione termica è un fenomeno ben noto nella frenatura. Diversi autori 7-11 hanno analizzato l apparizione di bande calde e punti caldi e la loro migrazione lungo il raggio del disco durante la frenatura. E stato stabilito che queste localizzazioni termiche nascono dalle deformazioni del disco e l instabilità di contatto, e portano ad elevati livelli di temperatura e gradienti termici che causano danneggiamenti del disco. Nello studio attuale la localizzazione termica è stata monitorata utilizzando una camera ad infrarossi. La Fig. 9 (ad) mostra i termogrammi del tracciato dell intero disco D1 (ghisa arricchita all azoto) all inizio della frenatura dei quattro test di frenata a fermata discussi nell articolo, mentre in Fig. 9 (e-h) mostra dei termogrammi simili ma ottenuti a metà della frenata. Il termogramma dell intero tracciato del disco è stato composto tramite i termogrammi di porzione di un terzo del disco. La scala dei grigi mostra differenti livelli di luminanza agli infrarossi, che varia da valori più bassi ai più elevati che sono indicati al centro di ogni termogramma. Punti più scuri mostrano le localizzazioni termiche. Si può osservare, da un lato, che da un maggior quantitativo di energia dissipata si ha una maggiore intensità di localizzazione termica. D altra parte, le principali localizzazioni termiche consistono in una banda calda che migra dal perimetro esterno del tracciato all inizio del test di frenata a fermata (Fig. 9 a-d) al perimetro interno a metà dello stesso test (Fig. 9 e-g). A causa della distribuzione irregolare della pressione e della velocità lungo il raggio del disco il gradiente di energia dissipata appare con una larga ampiezza, portando alla formazione di bande calde. La loro migrazione radiale è guidata da un accoppiamento tra gli effetti dell espansione termica e di un incremento locale del flusso dei detriti di usura 7. Oltre alle bande cal- Fig Osservazioni SEM (modalità Backscattered BSE) della superficie del disco D3 di riferimento dopo le prove di frenata. (a) Raggio esterno senza punto caldo. (b) Raggio interno con punto caldo. La freccia bianca indica la direzione di strisciamento della pastiglia freno. 89

92 tecnico Fig Microstruttura della sezione ortogonale alla direzione di strisciamento dopo le prove di frenata sul disco di riferimento D3. (a) Esterno del disco al di fuori dei punti caldi, (b) interno del disco in una zona interessata da punto caldo. La freccia bianca indica la direzione di migrazione delle bande calde. Fig Microstruttura della sezione trasversale nella direzione di strisciamento dopo le prove di frenatura sul disco di riferimento D3, (b) e (c) sono i dettagli evidenziati in (a). La freccia bianca indica la direzione di strisciamento della pastiglia freno sul disco. de alcuni localizzazioni circonferenziali tipo punti caldi possono essere osservate. Come mostrato in Fig. 10, questi punti caldi sono collegati alle imperfezioni della planarità del disco risultanti dai processi di lavorazione meccanica. Infatti, i dischi sono fissati su una macchina rotante (tornio) con un mandrino a tre ganasce. Risultano quindi delle deformazioni elastiche dovute al fissaggio. Dopo le lavorazioni meccaniche vi è un ritorno elastico. Di conseguenza il profilo circonferenziale del disco (Fig. 10a) mostra una ondulazione abbastanza regolare del tracciato del disco alternante tre creste e tre cave. La variazione massima tra cresta e cava è pari a 20 µm. Sul termogramma di Fig. 10b può essere osservato che la localizzazione angolare di ogni punto caldo corrisponde ad una cresta del tracciato. Come mostrato in Fig. 9, preso atto che il livello di dissipazione di energia aumenta ad ogni prova di fermata, la ondulazione iniziale del disco diventa sempre più marcata. Alla maggior velocità Fig. 9d i punti caldi vicino alla banda calda appaiono più numerosi. Questo fenomeno si collega alle vibrazioni indotte dall attrito e conseguentemente alle fluttuazioni del coefficiente di attrito discusse in Fig. 6. Alcuni fenomeni di localizzazione termica sono stati osservati in tutti i casi. Questo perché le localizzazioni termiche sono anche collegate con le ondulazioni iniziali del disco e le deformazioni termo-meccaniche dovute al calore. Gli effetti dovuti al materiale non sono dominanti. Nonostante questo si nota che nel caso del disco D2, che presenta le maggiori fluttuazioni del coefficiente di attrito ad alta velocità le localizzazioni termiche sono più marcate comprendendo punti caldi più numerosi alla circonferenza del disco. 90

93 tecnico Danneggiamento Nelle figure seguenti una freccia bianca indica la direzione di strisciamento della pastiglia sul disco per le sezioni nella direzione di avanzamento, o della direzione della migrazione delle localizzazioni termiche per le sezioni radiali. ANALISI DELLE SUPERFICI DI STRISCIAMENTO In lavori precedenti 7,13,14 è stato mostrato che l attrito e i meccanismi di usura interagiscono interamente con le localizzazioni termiche. Le bande calde corrispondono alla posizione della area di contatto apparente quando avviene una dissipazione dell energia, quindi dove gli attriti pastiglia/disco e quindi i contatti sono maggiormente concentrati. Al di fuori di questa banda i contatti rimangono solo parzialmente chiusi o aperti. Quando queste bande calde migrano radialmente dall esterno all interno della traccia del disco, la zona di contatto si avvicina davanti alla banda calda mentre si allontana dietro di essa. Meccanismi simili di avvicinamento e apertura dei contatti pastiglia/disco aumenta nel caso di punti caldi 7. La Fig. 11 mostra alcune analisi SEM del disco freno in ghisa D3 in due punti, una al di fuori di un area di un punto caldo all esterno del tracciato del disco (Fig. 11a), l altra all interno dell area di un punto caldo dentro il tracciato del disco (Fig. 11b). Si nota che dopo le prove di frenatura, l area osservata al di fuori del punto caldo viene minimamente interessata dall attrito quando la banda calda migra attraverso il tracciato mentre la parte all interno del punto caldo viene completamente interessata dall attrito. In Fig. 11 (analisi al microscopio elettronico con modalità ad elettroni retrodiffusi) il terzo corpo prodotto dall attrito appare in grigio scuro. Consiste di una mistura di ossidi di ferro ed ingredienti della pastiglia 7,13. L area interna al punto caldo del tracciato principalmente interessata dall attrito appare maggiormente coperta da questo composto. In aggiunta, particelle di ferro dalla pastiglia semi-metallica vengono trasferite alla superficie del disco, principalmente nell area del punto caldo. Striature sono osservate nella direzione di avanzamento e rilevano una deformazione plastica nella matrice della ghisa. Le analisi eseguite Fig Microstruttura della sezione ortogonale alla direzione di strisciamento dopo le prove di frenata sul disco D1 in ghisa arricchita con Azoto. (a) Raggio esterno senza punti caldi, (b) raggio interno con punti caldi. Fig Microstruttura della sezione ortogonale alla direzione di strisciamento dopo le prove di frenata sul disco D2 in ghisa con gradiente microstrutturale. (a) Raggio esterno senza punti caldi, (b) raggio interno con punti caldi. 91

94 tecnico sulla superfici dei tre dischi dopo le prove di frenata mostrano la presenza di particelle in ferro trasferite dalla pastiglia ed una ripartizione simile di un terzo corpo che segue la localizzazione termica. I meccanismi di attrito alla superficie sembrano non essere influenzati dalla modificazione della dimensione delle particelle di grafite. MECCANISMI DI DANNEGGIAMENTO DELLA GHISA DI RIFERIMENTO Per analizzare i meccanismi di danneggiamento della superficie di contatto, sono state eseguite alcune analisi sulle sezioni di tutti i materiali studiati. I risultati qui mostrati fanno parte del caso del disco di riferimento (Fig. 12 e 13). Una sezione perpendicolare alla direzione di avanzamento (Fig. 12) permette di osservare i danni superficiali dovuti all attrito. Nella parte esterna della traccia di scorrimento (Fig. 12-a) i danni appaiono specialmente degni di nota e significativi. Questi consistono nell estrusione della matrice ferrosa che scivola lungo le lamelle di grafite emergendo sulla superficie di contatto. Queste estrusioni emergono dalla superficie di alcune dozzine di micrometri. Possono essere spiegate dalla severità di una pressione di contatto molto localizzata contro i punti caldi in quest area. In aggiunta, il flusso plastico da sinistra a destra può essere notato dalla cima delle estrusioni, che seguono la direzione della migrazione delle fasce calde. Particelle dovute all usura possono essere osservate sulla superficie, specialmente intrappolate all interno della pieghe della matrice ferrosa. All interno della traccia di frenatura (Fig. b) le estrusioni di ferro non sono più osservabili. Visto che questa area è considerata sotto sfregamento fino all arresto, le estrusioni di ferro devono essere state rimosse sotto l azione di attrito ed usura. Può essere osservata comunque una chiusura delle lamelle di grafite alla superficie, formanti scalini di pochi micrometri nella direzione delle bande calde. Nella direzione di scorrimento (Fig. 13a), il flusso plastico della matrice influisce sulla superficie di strisciamento, portando ad una rottura delle lamelle. Quando l orientamento delle lamelle è opposta alla direzione di scorrimento (Fig. 13b), la loro chiusura deriva da una complessa deformazione plastica dei due muri in ferro, mentre quando è orientata nella direzione di scorrimento (Fig. 13c), la chiusura deriva dal flusso plastico alla cima vicino alla superficie nella direzione di scorrimento. I meccanismi di danneggiamento sono chiaramente dipendenti dalla microstruttura della ghisa. Essi sono principalmente guidati da flussi plastici dovuti all azione di pressione e attrito applicati dalla pastiglia a loro volta fortemente dipendenti dalle localizzazioni termiche. Visto che i danni possono essere facilmente osservati nella sezione radiale della traccia del disco, si sono confrontati i danni superficiali dei tre dischi in questa direzione. CONFRONTO DEI DANNEGGIAMENTI Nel caso della ghisa D1 (Fig. 14), in accordo con la dimensione delle lamelle di grafite, si ottengono meccanismi di danneggiamento simili. In più l osservazione ad ingrandimenti più elevati conferma l esistenza degli stessi meccanismi dovuti alla grafite lamellare. Nel caso della ghisa D2 (Fig. 15) nessun danno significativo è osservato a questo ingrandimento. La grafite interdendritica sembra ridurre l estrusione della matrice non creando una direzione di scivolamento alla estrusione della matrice ed alla mancanza di blocchi di matrice tra due particelle di grafite. E stato mostrato che in conseguenza dell attrito, la matrice del disco presenta danneggiamenti localizzati alle lamelle di grafite. Quindi meno danno è rilevato nei casi della due ghise D1 e D2. Grafite lamellare grossolana porta ad una maggiore deformazione plastica conseguente di un estrusione della matrice lungo le lamelle di grafite. Piccole particelle di grafite riducono l estrusione della matrice. Conclusioni Dischi freni per trasporti pesanti, comunemente costruiti con ghisa grigia, presentano della rotture premature dovute a fratture macroscopiche portate dalle sollecitazioni termomeccaniche della frenatura. Per ridurre l effetto di intaglio risultante dalla forma lamellare della grafite, due ghise avanzate vengono proposte con delle modificazioni della morfologia della grafite: una ghisa arricchita di azoto presenta lamelle di grafite curvate, ed una ghisa con un gradiente microstrutturale che ha piccole particelle di grafite vicino alla superficie di strisciamento e lamelle di grafite maggiori all interno. Le due ghise vengono proposte per rimpiazzare la ghisa grigia comunemente usata. La quantità di grafite sulla superficie è equivalente nei tre casi ma sono differenti dimensione e ripartizione. Per valutare la loro sostenibilità le tre ghise sono sottoposte a test di frenata: frenature a fermata con diverse velocità iniziali e serie di rallentamenti con accumulo di calore. I risultati possono venire riassunti come di seguito: DA UN PUNTO DI VISTA MACROSCOPICO: le due ghise tecnologicamente avanzate hanno una performance di frenatura equivalente alla ghisa grigia lamellare. Diminuire la dimensione della grafite sulla superficie sembra non dare effetti significanti sull attrito. 92

95 tecnico La quantità di calore accumulato è anche simile in accordo ai parametri termici alle alte temperature. Alle temperature raggiunte l impatto del ridurre la dimensione della grafite sulla superficie non è abbastanza significativo da impattare i comportamenti termici del disco. Nessuna significativa influenza viene osservata sulla localizzazione termica come le bande calde o i punti caldi. DA UN PUNTO DI VISTA MICROSCOPICO: le analisi eseguite sulle superfici del disco dopo le prove di frenata mostrano la presenza di particelle ferrose trasferite dalla pastiglia ed alla ripartizione di un terzo componente con similitudini con la localizzazione termica. I meccanismi di attrito sembrano non essere influenzati dalla modificazione della dimensione della grafite. Deformazione plastica e danneggiamenti superficiali sono caratterizzati sul disco di riferimento su una sezione corrispondente ad un punto caldo. La grafite lamellare creata favorisce piani di scorrimento per la matrice che portano all estrusione. A causa dell attrito la matrice ha un flusso plastico che si osserva nella direzione di scorrimento della pastiglia ed anche nella direzione radiale in accordo con le localizzazioni termiche ed alla migrazione radiale delle bande calde. Meccanismi simili vengono osservati nel caso del disco in ghisa arricchito con azoto. Grazie a particelle in grafite più piccole, viene osservato meno danno nel caso della ghisa con un gradiente microstrutturale. Questo materiale sembra essere una buona opzione al miglioramento della vita in opera dei dischi freno senza significativi effetti dei comportamenti tribologici e delle performance di frenata. In generale i danneggiamenti della superfici dei dischi appare fortemente dipendente dalla microstruttura della ghisa e dagli stress meccanici indotti dai contatti e dall attrito con la pastiglia. In un contesto di vita dei dischi freno, questi danni possono contribuire alla prematura rottura dei dischi. Assodato che l interazione pastiglia-disco è fortemente dipendente dalla localizzazione termica e poi dalla dissipazione del calore, le analisi di fatica termomeccanica dei dischi freno dovrebbero essere guidate dall accoppiamento con carichi termomeccanici pastiglia-disco e meccanismi di attrito-usura. Tratto da Fonderie N. 37 del 2013 Traduzione Francesco Calosso. 1 Collignon M. et al., Rottura di dischi freno: un approccio accoppiato numerico-sperimentale per identificare carichi termomeccanici critici, Tribology International 59 (2013). 2 Yamabe J. et al., Sviluppo di rotori di freni a disco per trasporti medio-pesanti con elevata resistenza alla fatica termica, YSAE Review, Volume 23 Gennaio Bagnoli F. et al., Rotture da fatica termica di dischi freno in ghisa per veicoli dei Vigili del Fuoco, EngineeringFailure Analysis 16 (2009). 4 Sage AM., et al., Sviluppo di una ghisa grigia al vanadio ad elevata resistenza con applicazioni potenziali per freni a disco ed a tamburo, IBF 88 Annual Conference Cast Iron 91 Giugno Mouquette O. et al., Performance di ghise a grafite lamellare arricchite con azoto parte 1, ETIF Fonderie Fondeur d Aujourd hui (2005). 6 Desplanques Y. et al., Analisi del comportamento tribologico dei contatti pastiglia-disco in frenature ferroviarie. Parte 1 Sviluppo di test di laboratorio, compromessi tra metodi attuali e tribologia simulata WEAR 262 (2007). 7 Cristol-Bulthe A-L. et al., Accoppiamenti tra meccanismi fisici di attrito e fenomeni termici transitori coinvolti nei contatti disco-pastiglia in frenate ferroviarie. WEAR 263 (2007). 8 Kumar M. et al., Influenza di vari riempitivi metallici nei materiali per attrito sull apparizione di punti caldi durante la frenata. WEAR 270 (2011). 9 Kasem H. et al., Nuova metodologia per monitorare fenomeni transitori in contatti a strisciamento, applicazione ai freni ad attrito, 15 Nordic Symposium On Tribology (2012). 10 Wicker P., Influenza degli riempitivi dei freni sulle sollecitazioni termiche dei dischi TGV e conseguenze sul rischio di frattura. Tesi di Dottorato Ecolè Centrale de Lille (2009). 11 Wong J., Analisi del danneggiamento per fatica termica e modellazione dei componenti termo-meccanici della coppia disco-pastiglia del tipo TGV, Tesi di Dottorato Ecolè Centrale de Lille (2007). 12 Panier S. et al., Un analisi sperimentale sui punti caldi in freni a disco ferroviari WEAR 256 (2004). 13 Desplanques Y. et al., Interazione tra flussi di terzi corpi e fenomeni di localizzazione durante frenature ad elevata energia ferroviarie, Mech. Syst. 1 (2009). 14 Kasem H. et al., Monitoraggio di temperatura ed emissività durante rivoluzioni successive di dischi in frenata. Journal of EngineeringTribology 226 (2012). 93

96 breve breve in breve in in in breve in in breve in breve La nuova generazione INOTEC convince grazie ai vantaggi per il processo di colata ASK Chemicals è riuscita a migliorare ulteriormente la tecnologia inorganica INOTEC : i nuovi prodotti INOTEC TC 5000 e INOTEC HS 3000 consentono in particolare di ottenere anime con una migliore attitudine alla sterratura e maggiore stabilità all umidità. Oltre alla produzione inodore delle anime e alla riduzione degli odori durante la colata, la tecnologia INOTEC permette di ottenere ulteriori vantaggi nel settore fusorio, quali una notevole riduzione del lavoro di pulizia di macchine e utensili e di conseguenza una maggiore produttività in fonderia. I vantaggi apportati dai leganti inorganici permettono inoltre di ottenere getti con migliori caratteristiche di resistenza. MIGLIORE STERRATURA E MIGLIORE QUALITÀ SUPERFICIALE Il promotore INOTEC Promotor TC 5000 di nuova concezione integra le caratteristiche positive della generazione precedente: oltre a migliorare la qualità della superficie dei getti, grazie alla riduzione delle penetrazioni di metallo e dell adesione di residui di sabbia, garantisce una migliore sterrabilità nella colata di metalli leggeri (Fig. 1), minori tempi di indurimento e una migliore resistenza allo stoccaggio delle anime. La sterratura delle anime prodotte con leganti inorganici nella zona della camicia d acqua rappresentava in passato una sfida soprattutto quando l impianto di estrazione delle anime disponeva di pochi gradi di libertà. INOTEC TC 5000 permette ora di estrarre in modo sicuro dal getto dopo la colata anche di anime per la camicia d acqua complesse e molto sottili. Si tratta naturalmente di un sistema inorganico al 100% che non provoca alcun deposito di condensati sugli utensili né la formazione di fumi nel processo di colata. MIGLIORE RESISTENZA ALLO STOCCAGGIO E ALL UMIDITÀ Anche lo stoccaggio delle anime realizzate con leganti inorganici è problematica, in particolare nelle giornate estive calde, con elevata umidità dell aria e alte temperature. Con il nuovo legante INOTEC HS 3000 la resistenza all umidità dell anima realizzata con leganti inorganici risulta notevolmente migliorata (Fig. 2). In questo modo, grazie ai nuovi leganti INOTEC, ora è possibile realizzare anime stabili, con la possibilità di verniciare con una vernice a base d acqua: il sistema di leganti INOTEC diventa dunque interessante anche per la colata della ghisa. Queste e altre soluzioni saranno presentate da ASK Chemicals al GIFA di Düsseldorf, dal 16 al 20 giugno 2015, nel padiglione 12, stand A22. Attitudine alla sterratura [%] INOTEC TC 4000 INOTEC TC 5000 Test di sterratura: il promotore INOTEC Promotor TC 5000 migliora notevolmente l'attitudine alla sterratura dell'anima. Resistenza residua dopo esposizione all umidità [%] EP 3973 INOTEC HS 3000 Resistenza residua dopo permanenza in camera climatica. Il legante INOTEC HS 3000 migliora notevolmente la resistenza allo stoccaggio. 94

97 Aggiungiamo valore aggiunto al Vostro processo produttivo Vi diamo appuntamento al GIFA a Dusseldorf in Germania dal 16 al 20 Giugno 2015 : Pad 12 stand 22 I nostri servizi vi daranno un reale valore aggiunto un esperto ASK Chemicals è a vostra disposizione: Telefono:

98 inserzionisti inserzionisti inserzionisti inserzionisti A ABB Fascicolo VI/I3 Abrasystem ASK Chemicals B Brain Force Fascicolo VI/I3 C Carbones Cavenaghi Crossmedia E Eca Consult Ecotre EKW Italia Elkem Emerson Industrial Automation Energy Team Engin Soft Fascicolo VI/14 Ervin Amasteel Fascicolo VI/14 Euromac F Fae Fascicolo 11/13 Farmetal SA Copertina II Faro Fascicolo VI/14 Fomet Fascicolo VI/I3 Fontanot Foseco G Gerli Fascicolo VI/14 Gerli Metalli Guerra autotrasporti H Heinrich Wagner Sinto I Icm Fascicolo VI/14 Imf Copertina I Imic Fascicolo VI/14 Italiana Coke Fascicolo VI/14 M Mazzon F.lli Metal Trading Fascicolo 1V/13 Montalbetti Fascicolo VI/I3 N Nitor O Omar Fascicolo VI/12 Omnysist Fascicolo II/14 P Pangborn Europe Fascicolo VI/14 Primafond Copertina III Protec-Fond Fascicolo V/14 R RC Informatica Fascicolo II/13 S Safond Copertina IV Satef Savelli Fascicolo VI/14 Sibelco Europe Sidermetal Sogemi Speroni Remo T Tesi Tiesse Robot U Universal Sun Fascicolo VI/14 Ubi

99 Impianti, macchine e attrezzature per fonderie e animisterie Programma di produzione Impianti di preparazione e distribuzione sabbia per ogni processo di produzione anime. Macchine per formatura anime in cold box e shell moulding in vari tipi e dimensioni. Macchine speciali a richiesta. Gasatori automatici per ogni processo. Mescolatori ad elica radente. Frantumatori per recupero sabbia. Propulsori pneumatici. Depuratori a scrubber per l abbattimento delle emissioni da qualsiasi processo di formatura anime. Vasche di miscelazione della vernice per anime. Impianti di asciugatura delle anime verniciate. Forni di riscaldamento per sterratura anime da fusioni di alluminio. Smaterozzatori a cuneo per la rottura delle colate di fusioni di ghisa sferoidale e acciaio al manganese. Cabine aspiranti insonorizzate per sbavatura. Manipolatori - Posizionatori per sbavatura getti. Revisioni, modifiche, fornitura di macchine e impianti usati. Progettazione e consulenza. Manutenzione e assistenza. Facciamo squadra oggi, faremo più Qualità domani! Join with us today, for a higher Quality tomorrow! Primafond srl Viale del Lavoro, n.36/ Thiene (Vi) Italy Tel Fax

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