Il materiale giusto per ogni applicazione

Prima di entrare in azienda cinque anni fa, l’esperienza di Lee Rothleutner con la Timken si limitava al ranch in Nebraska dove era cresciuto. La scatola nera e arancione era una vista comune sul banco da lavoro mentre lui e suo padre sostituivano i cuscinetti del trattore.

Dopo aver iniziato nel dipartimento di ricerca e sviluppo (R&S) della Timken, la prospettiva di Rothleutner è cambiata in modo piuttosto sostanziale. “Ho compreso esattamente la portata del lavoro svolto dalla Timken”, afferma. “Sono un dottore di ricerca in metallurgia e non c’è niente di più entusiasmante che avere accesso a laboratori dove posso eseguire quasi tutti i processi di trattamento termico dei metalli che desidero”.

Oggi, come responsabile di ricerca e sviluppo dei materiali, porta quella mentalità nel suo team. “Prendo questo enorme libro dal mio scaffale, ASM Handbook, quarto volume”, afferma. ASM International è la comunità di ingegneria globale di 108 anni nota per la raccolta e la diffusione delle conoscenze in ambito di materiali. Il volume quattro è intitolato Trattamento termico.

“Ho detto di voler ottenere una posizione su ogni singolo processo di trattamento termico di quel libro”, afferma: “Se funziona, se non funziona e perché. Se funziona, voglio il processo e i mezzi per implementarlo”.

Gli ingredienti di un ingredient brand

Rothleutner è stato inizialmente assunto per promuovere lo sviluppo del processo di tempra a induzione senza soluzione di continuità di Timken per i cuscinetti dell’albero principale delle turbine eoliche con alesaggio ultra large. Ha avuto un grande successo ed è stato promosso a guidare il gruppo di conversione dei materiali prima di assumere la sua posizione attuale.

Come risultato del suo lavoro sull’energia eolica, Rothleutner ha trascorso molto tempo in Romania, lavorando con il team del Centro tecnico di eccellenza di Ploiesti. Oggi, lui e il suo team svolgono un ruolo anche nei processi e nelle tecnologie avanzate di tempra a cuore presenti nelle vicinanze dello stabilimento di Prahova. “Lì, utilizziamo un processo chiamato ‘austemperatura’, che produce acciaio bainitico”, afferma.

La squadra ha fatto passi da gigante anche nell’ambito delle tecnologie di rivestimento negli ultimi anni, raddoppiando la capacità nel 2020. “C’è un’enorme richiesta in questo momento e Vikram Bedekar, il nostro capogruppo in quell’area, ha svolto un lavoro straordinario”, afferma Rothleutner.

Il team dei materiali è anche incaricato di ottimizzare i processi di carburazione superficiale, una tecnologia che risale al brevetto originale di Timken del 1897. “Conosciamo questa tecnologia estremamente bene, quindi sappiamo come si adatta e dove è meglio adottare altri processi”, afferma Rothleutner.

Ingrediente giusto, applicazione giusta

Le soluzioni ingegneristiche di Timken implicano, alla radice, l’identificazione degli ingredienti e della ricetta giusta per ogni applicazione. “I clienti vengono da noi con una serie specifica di proprietà che desiderano ottenere”, afferma Rothleutner. “Mettiamo insieme la chimica e la struttura”.

Ottenere il risultato è uno sforzo di squadra, con gli ingegneri delle applicazioni che prendono il comando. La ricerca e lo sviluppo vengono coinvolti quando la soluzione richiede una chimica e una struttura che vanno oltre i processi standard di Timken, ma la scelta dei materiali spesso dipende dalle condizioni dell’applicazione. Le applicazioni caratterizzate dai carichi d’urto e dai detriti più estremi, come le linee di colata continua nelle acciaierie, richiedono acciaio carbocementato, il più duro che esista. Per quelle con una buona lubrificazione in ambienti meno estremi, l’acciaio bainitico può funzionare altrettanto bene.

Oggi, ad esempio, un produttore di attrezzature minerarie ed edili sta convertendo i cuscinetti differenziali Timken sulle pale gommate dalla carbocementazione alla tempratura a cuore. Anche le trasmissioni delle macchine agricole sono sempre più dotate di cuscinetti temprati a cuore.

“Stiamo sfruttando la nostra esperienza centenaria nella carbocementazione per comprendere i limiti dei diversi processi”, afferma Rothleutner. “Abbiamo i test, abbiamo i dati, quindi sappiamo esattamente dove altri processi possono fornire prestazioni altrettanto elevate con meno risorse”.

Nel caso dei cuscinetti dell’albero principale delle turbine eoliche, i cicli di carbocementazione avrebbero aggiunto 100 ore o più al processo di produzione, mentre la tempra a induzione senza soluzione di continuità agisce allo stesso modo in circa due ore. “Si parla di una riduzione del 50% del tempo per produrre un cuscinetto, quindi i clienti lo scrivono sempre più spesso nelle loro specifiche”, afferma.

Sono molto orgoglioso del mio lavoro nel settore delle energie rinnovabili e so che è stato un grande motore per molte persone che ho assunto. Gli amici di alcune delle più note società di energie rinnovabili al mondo sono sbalorditi dal lavoro che svolgiamo qui con le turbine eoliche e con cuscinetti di dimensioni enormi. Conoscono le difficoltà.Lee Rothleutner
Responsabile R&S dei materiali

Modellazione avanzata, soluzioni più rapide

Il team sta anche valutando le capacità di produzione additiva in metallo 3D, utilizzando stampanti 3D per creare prototipi, pezzi dimostrativi e componenti di utensili personalizzati. “Il 3D è un tema caldo nel settore e stiamo valutando dove si adatta esattamente”, afferma Rothleutner.

Per ora, la miglior resa proviene dallo sforzo del team di far avanzare il processo e la modellazione degli elementi finiti. “La raccolta di dati sui nostri processi di trattamento termico ci aiuta a essere più predittivi, a modellare una soluzione prima di realizzare un prototipo rigido e a prevedere come si comporterà il prodotto in futuro”, afferma.

La modellazione avanzata aiuta inoltre il team a interfacciarsi più direttamente con i clienti, in modo che possano comprendere le sfaccettature delle applicazioni in modo più chiaro e approdare alle soluzioni più rapidamente.

Una comunità metallurgica

La ricerca sui materiali è complessa, ma è anche molto gratificante per un gruppo di persone a cui piace ciò che accade quando si combinano chimica, struttura e proprietà in un laboratorio in cui un giorno qualsiasi potrebbe includere un’importante svolta metallurgica.

“In questo momento, stiamo lavorando all’ottimizzazione di nuovi processi di cementazione e nitrurazione al plasma e ad altri progetti divertenti per diversi segmenti dell’attività”, afferma Rothleutner. “Stiamo esaminando i riduttori delle turbine eoliche, alcune leghe aerospaziali, delle soluzioni fuoristrada per condizioni estreme”.

I flussi di lavoro in continua evoluzione e il senso di partecipazione a progetti che aumentano l’efficienza e il progresso li tiene impegnati e li fa tornare in laboratorio ogni giorno.

Il team di R&S di Timken ha collaborato direttamente con i clienti per sviluppare rivestimenti resistenti all’usura ES302. Leggete come i risultati estendono drasticamente la durata delle applicazioni dell’energia eolica, dell’agricoltura, del settore aerospaziale e molte altre.

Last Updated: 2021/06/9

Published: 2021/05/24