De la ciencia de los materiales a la nanociencia

Cuando los expertos superan los límites de la ciencia, es cuando se hacen nuevos descubrimientos. Los clientes actuales de Timken están cada vez más cerca de hacer realidad el vuelo eléctrico y de encontrar nuevas formas de aprovechar la energía renovable. Cada avance mecánico se basa en una pregunta común: ¿Qué materiales pueden ajustarse a las demandas de cada nueva aplicación?

Comprender los comportamientos físicos y químicos de los metales es esencial para guiar la próxima generación de innovación. Los especialistas sénior en materiales Aaron Muhlenkamp y Amanda Grow analizan el rol fundamental de la experiencia metalúrgica para el liderazgo industrial de Timken y su papel crucial en elevar el rendimiento del cliente y la capacidad de fabricación de rodamientos.

Orientada al cliente: La metalurgia como la principal ciencia aplicada

A veces la ciencia responde preguntas teóricas. Otras veces, resuelve problemas del mundo real. Si bien el estudio de la metalurgia hace ambas cosas, el objetivo de todas las actividades del área de I y D de Timken es hacer nuevos descubrimientos que ayuden a superar los desafíos específicos de ingeniería que se plantean en este momento.

“Todo lo que hacemos cae en una de dos categorías: Rendimiento o capacidad de fabricación”, explica Aaron Muhlenkamp, experto en tratamiento térmico y capacitador residente de Timken en metalurgia de rodamientos.

Cuando se trata de rendimiento, los conocimientos metalúrgicos sirven de base para la selección óptima de materiales en función de las diferentes necesidades de aplicación. Los rodamientos que deben soportar décadas de condiciones extremas en el espacio profundo, por ejemplo, tienen demandas muy diferentes de los utilizados para el desplazamiento diario de un vehículo eléctricoen la Tierra. Eso significa que cada rodamiento requiere diferentes propiedades mecánicas de sus materiales. Las propiedades correctas mejoran el rendimiento y la eficiencia tanto del rodamiento como del sistema general en el que se utiliza.

Muhlenkamp señala que las demandas de rendimiento continúan cambiando a medida que los diseñadores de equipos originales aumentan las capacidades de sus sistemas. Siempre es necesario realizar investigaciones metalúrgicas que garanticen que los nuevos rodamientos puedan funcionar a velocidades más altas, tolerar cargas más pesadas o soportar temperaturas más altas.

“Tenemos más clientes que se acercan a nosotros diciendo ‘Esta es una aplicación normal, pero ahora necesita operar a una temperatura 50 grados mayor que antes. ¿Cómo nos van a ayudar a lidiar con eso?’” comenta. “O recibimos solicitudes para garantizar que un rodamiento de 11 pies de ancho pueda soportar cargas increíbles en aplicaciones de energía eólica marina. En definitiva, necesitamos obtener y probar materiales para comprobar lo que funciona”.

Los materiales que “funcionan” para el rendimiento también deben ser prácticos para su uso en la fabricación de rodamientos. ¿El material está disponible? ¿Cómo resistirá el tratamiento térmico, el mecanizado y otros procesos de fabricación? ¿Será rentable? Todas estas son preguntas que los metalúrgicos consideran al asesorar a los ingenieros y clientes de Timken sobre la selección de materiales.

Investigación de clase mundial en un entorno industrial

A partir de la necesidad de calificar a sus proveedores de acero a principios del siglo XX , en 1913 Timken comenzó a invertir en metalurgia interna y capacidades de caracterización de materiales. Hoy en día, la compañía cuenta con un equipo global de 26 expertos en ciencia de materiales y un impresionante laboratorio metalúrgico con algunos de los equipos de más alta resolución en el mundo.

“Estas herramientas nos dan una gran visión de la química de los materiales, la microestructura, la respuesta al procesamiento, las propiedades mecánicas resultantes y el rendimiento del producto”, aseguró Amanda Grow, que se especializa en pruebas y soluciones de nuevos materiales que mantienen a Timken a la vanguardia de la tecnología de rodamientos. “Nuestros laboratorios de I y D son comparables con los que encontrarían en muchas universidades”.

“Estas herramientas nos dan mucha información sobre la química de los materiales, la microestructura, la respuesta al procesamiento, las propiedades mecánicas resultantes y el rendimiento del producto. Nuestros laboratorios de I y D son comparables con los que encontrarían en muchas universidades”.

Amanda Grow
Especialista sénior en materiales

Mientras que algunos laboratorios confían en pruebas de dureza más elementales para obtener datos semicualitativos sobre las propiedades mecánicas de un material, Timken utiliza plastometría de indentación para recopilar detalles más precisos. Este método ayuda a trazar información más precisa sobre las relaciones tensión-deformación de un material y la resistencia a la tracción definitiva. Los resultados orientan la toma de decisiones sobre si un material específico es capaz de ajustarse a los procesos de fabricación de rodamientos de Timken y, más tarde, dar soporte a una aplicación en el mundo real.

Los metalúrgicos de la empresa también utilizan los últimos métodos en espectroscopia de emisión óptica de descarga luminiscente para explorar la química de un material.

“Básicamente bombardeamos un pedazo de acero con iones de argón para eliminar lentamente el material”, explica Grow. “A medida que elimina capas, va analizando cuál es la composición, un nanómetro a la vez. Para ponerlo en perspectiva, un cabello humano tiene entre 75.000 y 100.000 nanómetros de ancho”.

Timken recientemente comenzó a tomar sus capacidades de pruebas metalúrgicas sobre la marcha, utilizando tecnología miniaturizada para escanear acero en astilleros, realizar análisis químicos y realizar controles de calidad. El dispositivo de mano realiza rápidamente el mismo trabajo que su equivalente de laboratorio tradicional, que ocupa el espacio de dos escritorios.

“Cuanto más rápido obtengamos buenos datos, más pronto podremos tomar buenas decisiones”, asegura Muhlenkamp.

La ciencia de los materiales centrada en el futuro

Con una sólida experiencia en metalurgia, Timken continúa ampliando sus horizontes para apoyar la creciente cartera de la compañía, la evolución de las necesidades de los clientes y la velocidad de innovación.

Timken lanzó recientemente rodamientos aeroespaciales híbridos con elementos rodantes de cerámica. La cerámica tiene características únicas que proporcionan una gran resistencia a altas velocidades y alternativas más ligeras al acero para aplicaciones de aviación.

La adquisición de GGB por parte de Timken también añadió polímeros al ámbito de la empresa, y el área de I y D se está involucrando más en el desarrollo de materiales y la selección de productos más allá de su cartera de rodamientos principales. Los expertos de Timken están explorando la fabricación aditiva para elevar ciertas características de rendimiento en productos de cadena industrial.

Muhlenkamp y Grow coinciden en que a medida que Timken amplíe sus capacidades técnicas, la capacidad de respuesta al cliente seguirá siendo central para mantener el ritmo de la innovación futura.

Según Muhlenkamp, “Todo se trata de la velocidad con la que se accede al conocimiento. Cuanto más rápido obtengamos buenos datos, más pronto podremos tomar buenas decisiones”.

“Y agilidad”, agrega Grow. “Queremos ser una empresa de fabricación cada vez más ágil. Y tenemos el conocimiento para hacerlo”.

La innovación de los clientes de Timken se basa en las iniciativas llevadas a cabo en nuestros laboratorios de I y D de Timken de clase mundial. Obtenga más información sobre la inversión de la empresa en una amplia gama de actividades técnicas, desde el modelado y la predicción del rendimiento de los rodamientos hasta las pruebas de nuevos productos.

Published: 2024/01/15