De la știința materialelor la nanoștiință

Când experții forțează limitele științei, atunci se fac noi descoperiri. Clienții Timken de astăzi sunt din ce în ce mai aproape de a face din avioanele electrice o realitate și de a găsi noi modalități de exploatare a energiei regenerabile. Fiecare salt înainte în domeniul mecanic se bazează pe o întrebare frecventă: ce materiale pot face față cerințelor fiecărei noi utilizări?

Înțelegerea comportamentelor fizice și chimice ale metalelor este esențială pentru a inspira următoarea generație de inovații. Aaron Muhlenkamp și Amanda Grow, specialiști principali în materiale, discută despre modul în care expertiza metalurgică este esențială pentru poziția de lider industrial a Timken – și despre rolul său crucial în îmbunătățirea performanțelor clienților și a capacității de fabricare a rulmenților.

Orientare către client: metalurgia ca știința aplicată supremă

Uneori, știința răspunde la întrebări teoretice. Alteori, rezolvă probleme din lumea reală. Cu toate că studiul metalurgiei face ambele lucruri, scopul tuturor activităților de cercetare și dezvoltare ale Timken este de a face noi descoperiri care să ajute la depășirea provocărilor specifice de inginerie care apar chiar acum.

„Tot ceea ce facem se încadrează într-una dintre cele două categorii: performanță sau capacitate de fabricație”, a declarat Aaron Muhlenkamp, expert în tratament termic și formator în metalurgia rulmenților la Timken.

Când vine vorba de performanță, cunoștințele metalurgice influențează selecția optimă a materialelor în funcție de diferitele nevoi de utilizare. Rulmenții care trebuie să reziste zeci de ani în condiții extreme în spațiul cosmic, de exemplu, au cerințe foarte diferite față de cei care susțin deplasarea zilnică a unui vehicul electric pe Pământ. Aceasta înseamnă că fiecare rulment necesită proprietăți mecanice diferite din partea materialelor sale. Proprietățile potrivite îmbunătățesc performanța și eficiența rulmentului și a întregului sistem pe care îl susține.

Muhlenkamp a remarcat că cerințele de performanță continuă să se schimbe pe măsură ce proiectanții de echipamente originale își îmbunătățesc capacitățile propriilor sisteme. Întotdeauna este nevoie de cercetări metalurgice care să asigure că noii rulmenți pot funcționa la viteze mai mari, pot tolera sarcini mai mari sau pot face față unor temperaturi mai ridicate.

„Avem tot mai mulți clienți care ne abordează spunându-ne: „Aceasta este o utilizare normală, dar acum trebuie să funcționeze la o temperatură cu 50 de grade mai mare decât înainte. Cum o să ne ajutați să rezolvăm această problemă?””, a spus el. „Sau primim cereri pentru a ne asigura că un rulment cu lățimea de 3,25 metri poate susține sarcini incredibile cazul vânturilor offshore. Până la urmă, trebuie să obținem și să testăm materiale pentru a dovedi ce funcționează.”

Materialele care „funcționează” din punct de vedere al performanței trebuie să fie, de asemenea, practice pentru a fi utilizate la fabricarea rulmenților. Este disponibil materialul? Cum va rezista la tratamentul termic, la prelucrare și la alte procese de fabricație? Va fi rentabil? Toate acestea sunt întrebări pe care metalurgiștii le iau în considerare atunci când îi sfătuiesc pe inginerii și clienții Timken cu privire la selecția materialelor.

Cercetare de talie mondială într-un cadru industrial

Născută din nevoia de a-și selecta furnizorii de oțel la începutul secolului XX, Timken a început să investească în 1913 în metalurgia internă și în capacitățile de caracterizare a materialelor. În prezent, compania dispune de o echipă globală de 26 de experți în știința materialelor și de un laborator metalurgic impresionant, cu unele dintre cele mai performante echipamente de înaltă rezoluție din lume.

„Aceste instrumente ne oferă o mulțime de informații despre chimia materialelor, microstructură, răspunsul la procesare, proprietățile mecanice rezultate și performanța produsului”, a declarat Amanda Grow, specializată în testare și în soluții de materiale noi care mențin Timken în vârful tehnologiei rulmenților. „Laboratoarele noastre de cercetare și dezvoltare rivalizează cu cele pe care le puteți găsi în multe universități.”

„Aceste instrumente ne oferă o mulțime de informații despre chimia materialului, microstructura, răspunsul la procesare, proprietățile mecanice rezultate și performanța produsului. Laboratoarele noastre de cercetare și dezvoltare rivalizează cu cele pe care le puteți găsi în multe universități..”

Amanda Grow
Specialist principal în materiale

În timp ce unele laboratoare se bazează pe teste de duritate mai elementare pentru a obține date semicalitative despre proprietățile mecanice ale unui material, Timken folosește plastometria prin indentație pentru a colecta detalii mai precise. Această metodă ajută la trasarea unor informații mai precise cu privire la relația tensiune-deformare a unui material și la rezistența finală la tracțiune. Rezultatele ghidează procesul de luare a deciziilor cu privire la capacitatea unui anumit material de a face față proceselor de fabricație a rulmenților Timken și, ulterior, de a susține o utilizare în lumea reală.

Metalurgiștii companiei folosesc, de asemenea, cele mai noi metode de spectroscopie de emisie optică cu descărcare luminoasă pentru a explora chimia unui material.

„Practic, aruncăm ioni de argon asupra unei bucăți de oțel pentru a îndepărta încet materialul”, a spus Grow. „Pe măsură ce se îndepărtează straturile, se analizează care este compoziția, nanometru cu nanometru. Ca să ne facem o idee, un fir de păr uman are o lățime de 75.000 până la 100.000 de nanometri.”

Timken a început recent să își folosească resursele de testare metalurgică în deplasare, utilizând echipamente miniaturizate pentru a scana oțelul din oțelării, a efectua analize chimice și a efectua verificări ale calității. Acest dispozitiv portabil efectuează rapid aceleași lucrări ca și echivalentul său tradițional de laborator, care ocupă spațiul a două birouri.

„Cu cât obținem mai repede date corecte, cu atât putem lua mai repede decizii corecte”, a declarat Muhlenkamp..

Știința materialelor orientată spre viitor

Având o experiență solidă în domeniul expertizei metalurgice, Timken continuă să își lărgească orizonturile în sprijinul portofoliului în creștere al companiei, al nevoilor în evoluție ale clienților și al vitezei de inovare.

Timken a lansat recent rulmenți aerospațiali hibrizi cu elemente rulante ceramice. Ceramica are caracteristici unice care asigură o rezistență mare la viteze mari și alternative mai ușoare decât oțelul pentru utilizarea în aviație.

Achiziționarea de către Timken a GGB a adăugat recent polimerii în sfera de competență a companiei, iar departamentul de cercetare și dezvoltare se implică mai mult în dezvoltarea și selecția materialelor pentru produse care depășesc portofoliul principal de rulmenți. Experții Timken explorează fabricarea aditivă pentru a îmbunătăți anumite caracteristici de performanță în produsele destinate lanțurilor industriale.

Muhlenkamp și Grow sunt de aceeași părere – pe măsură ce Timken își extinde competențele tehnice, capacitatea de reacție a clienților rămâne un punct central pentru a ține pasul cu inovațiile viitoare.

Potrivit lui Muhlenkamp, „totul se rezumă la viteza de cunoaștere. Cu cât obținem mai repede date corecte, cu atât putem lua mai repede decizii corecte.”

„Și la agilitate,” a adăugat Grow. „Vrem să fim o companie producătoare din ce în ce mai agilă. Și avem cunoștințele necesare pentru a face acest lucru.”

Inovațiile clienților Timken sunt bazate pe inițiativele desfășurate în laboratoarele Timken de cercetare și dezvoltare de talie mondială. Aflați mai multe despre investiția companiei într-o gamă completă de activități tehnice, de la modelarea și predicția performanțelor rulmenților până la testarea noilor produse.

Published: 2024/01/15