Da ciência dos materiais à nanociência

Quando especialistas forçam os limites da ciência, novas descobertas são feitas. Os atuais clientes da Timken estão mais perto de tornar o voo elétrico uma realidade e de descobrir novas formas de aproveitar energias renováveis. Todo avanço mecânico se baseia em uma questão comum: quais os materiais que podem lidar com as demandas de cada nova aplicação?

Compreender os comportamentos físicos e químicos dos metais é essencial para gerar informações para a próxima geração de inovações. Aaron Muhlenkamp e Amanda Grow, especialistas em materiais sênior, discutem como a especialização em metalúrgica é fundamental para a liderança industrial da Timken – e seu papel crucial na elevação do desempenho dos clientes e da fabricabilidade de rolamentos.

Voltada para o cliente: metalurgia como a ciência aplicada essencial

Às vezes, a ciência responde a questões teóricas. Outras vezes, soluciona problemas do mundo real. Como o estudo da metalurgia faz as duas coisas, o objetivo de todas as atividades de P&D da Timken é fazer novas descobertas que ajudem a superar desafios específicos de engenharia que estão acontecendo agora.

“Tudo o que fazemos se enquadra em uma de duas categorias: desempenho ou fabricabilidade”, afirmou Aaron Muhlenkamp, especialista em tratamento térmico e instrutor residente de metalurgia de rolamentos da Timken.

Quando se trata de desempenho, novas ideias sobre metalurgia fundamentam a seleção ideal de materiais com base em diferentes necessidades de aplicação. Rolamentos que devem suportar décadas de condições extremas no espaço profundo, por exemplo, têm demandas muito diferentes daqueles que suportam os trajetos diários de veículos elétricos na Terra. Isso significa que cada rolamento requer diferentes propriedades mecânicas de seus materiais. As propriedades certas melhoram o desempenho e a eficiência do rolamento e do sistema geral que ele suporta.

Muhlenkamp observou que as demandas de desempenho continuam a se alterar conforme projetistas de equipamentos originais aumentam os recursos de seus sistemas. Sempre há a necessidade de pesquisa metalúrgica que garanta que novos rolamentos possam funcionar em velocidades mais altas, tolerar cargas mais pesadas ou suportar temperaturas mais elevadas.

“Temos mais clientes nos dizendo: ‘Esta é uma aplicação normal, mas agora precisa operar 50 graus acima do que operava antes. Como vocês vão nos ajudar a lidar com isso?’”, disse ele. “Ou recebemos solicitações para garantir que um rolamento de 3,3 metros de largura possa suportar cargas incríveis devido a ventos marítimos. Em última análise, precisamos obter e testar materiais para comprovar o que funciona.”

Materiais que “funcionam” para gerar desempenho também devem ser práticos para uso na fabricação de rolamentos. O material está disponível? Como ele se portará ao passar por tratamento térmico, usinagem e outros processos de fabricação? Será econômico? São todas perguntas que metalurgistas consideram ao assessorarem engenheiros e clientes da Timken sobre seleção de materiais.

Pesquisas de classe mundial em um ambiente industrial

Devido à necessidade de qualificar seus fornecedores de aço no início do Século XX, a Timken começou a investir em recursos internos de metalurgia e caracterização de materiais em 1913. Hoje, a empresa conta com uma equipe global de 26 especialistas em ciência dos materiais e um impressionante laboratório metalúrgico com alguns dos equipamentos de mais alta resolução do mundo.

”Essas ferramentas nos dão muitas informações sobre química, microestrutura, resposta ao processamento, propriedades mecânicas resultantes dos materiais, bem como sobre desempenho dos produtos”, afirmou Amanda Grow, especialista em testes e soluções de novos materiais que mantêm a Timken na vanguarda da tecnologia de rolamentos. “Os nossos laboratórios de P&D rivalizam com os que você encontraria em muitas universidades.”

“Essas ferramentas nos dão muitas informações sobre química, microestrutura, resposta ao processamento, propriedades mecânicas resultantes dos materiais, bem como sobre desempenho dos produtos. Os nossos laboratórios de P&D rivalizam com os que você encontraria em muitas universidades.”

Amanda Grow
Especialista em materiais sênior

Enquanto alguns laboratórios dependem de testes de dureza mais elementares para obter dados semiqualitativos sobre as propriedades mecânicas de um material, a Timken utiliza plastometria de indentação para obter detalhes mais precisos. Esse método ajuda a plotar informações mais precisas sobre os relacionamentos entre tensão e deformação de um material e a resistência à tração final dele. Os resultados orientam a tomada de decisões sobre se um material específico é capaz de enfrentar os processos de fabricação de rolamentos da Timken e, posteriormente, suportar uma aplicação no mundo real.

Os metalurgistas da empresa também utilizam os mais recentes métodos de espectroscopia de emissão ótica de descargas luminescentes para explorar as propriedades químicas de um material.

“Basicamente, disparamos íons de argônio contra um pedaço de aço para remover lentamente o material”, disse Grow. “À medida que as camadas são removidas, faz-se uma análise da composição, um nanômetro por vez. Para pôr isso em perspectiva, um cabelo humano tem de 75 000 a 100 000 nanômetros de largura.”

A Timken recentemente começou a utilizar recursos de testes metalúrgicos móveis usando tecnologia miniaturizada para analisar aço em siderúrgicas, fazer análises químicas e realizar verificações de qualidade. O dispositivo portátil executa rapidamente o mesmo trabalho de seu equivalente do laboratório tradicional, que ocupa o espaço de duas mesas.

“Quanto mais rápido obtivermos bons dados, mais cedo poderemos tomar boas decisões”, afirmou Muhlenkamp.

Ciência dos materiais com foco no futuro

Com um sólido histórico de experiência em metalurgia, a Timken continua a ampliar seus horizontes em apoio ao crescente portfólio da empresa, à evolução das necessidades dos clientes e à velocidade das inovações.

A Timken lançou recentemente rolamentos aeroespaciais híbridos com elementos rolantes de cerâmica. A cerâmica tem caraterísticas exclusivas que proporcionam grande resistência em altas velocidades e alternativas mais leves do que o aço para aplicações de aviação.

A aquisição da GGB pela Timken recentemente também adicionou polímeros ao escopo da empresa, e o setor de P&D está se envolvendo mais no desenvolvimento e seleção de materiais para produtos além de seu portfólio principal de rolamentos. Especialistas da Timken estão explorando fabricação aditiva para elevar determinadas características de desempenho em produtos de correntes industriais.

Muhlenkamp e Grow concordam que, à medida que a Timken expande seus recursos técnicos, a capacidade de resposta aos clientes continua a ser o foco para acompanhar o ritmo de futuras inovações.

De acordo com Muhlenkamp, “tudo é uma questão de velocidade para obter conhecimento. Quanto mais rápido obtivermos bons dados, mais cedo poderemos tomar boas decisões.”

“E agilidade”, acrescentou Grow. “Desejamos ser uma empresa de fabricação cada vez mais ágil. E temos o conhecimento para fazer isso.”

As inovações dos clientes da Timken se fundamentam em iniciativas realizadas nos laboratórios de P&D de classe mundial da Timken. Saiba mais sobre o investimento da empresa em diversas atividades técnicas, de modelagem e previsão de desempenho de rolamentos a testes de novos produtos.

Published: 2024/01/15