Le bon matériau pour chaque application

Avant de rejoindre l’entreprise il y a cinq ans, l’expérience de Lee Rothleutner avec Timken se limitait au ranch du Nebraska où il a grandi. La boîte noire et orange était chose courante sur l’établi alors que lui et son père changeaient des roulements sur le tracteur.

Dès ses débuts dans le Service de recherche et développement (R et D) de Timken, la perspective de Rothleutner a changé assez radicalement. « J’ai réalisé exactement l’ampleur du travail accompli par Timken », dit-il. « J’ai un doctorat en métallurgie, et il n’y a rien de plus stimulant que d’avoir accès à des laboratoires où je peux effectuer presque tous les procédés de traitement thermique des métaux que je veux ».

Aujourd’hui, en tant que directeur de la R et D des matériaux, il partage cette attitude avec son équipe. « Je prends ce livre massif de mon étagère, ASM Handbook, Volume Quatre », dit-il. ASM International est la communauté d’ingénierie mondiale vieille de 108 ans connue pour la collecte et la diffusion de connaissances sur les matériaux. Le volume quatre concerne le traitement thermique.

« Je leur dis que je veux que nous ayons une opinion sur chacun des processus de traitement thermique de ce livre », dit-il : « Que cela fonctionne pour nous ou pas, et pourquoi. Si cela fonctionne, je veux le processus et les moyens pour être en mesure de l’implanter. »

Les ingrédients d’une marque d’ingrédients

Rothleutner a initialement été embauché pour aider à développer le processus de durcissement par induction sans soudure de Timken pour les roulements d’arbre principal des éoliennes de très grand diamètre. Il y eut un grand succès et fut promu à la tête du groupe de conversion matérielle avant d’occuper son poste actuel.

À la suite de son travail dans l’énergie éolienne, Rothleutner a passé beaucoup de temps en Roumanie, travaillant avec l’équipe du Centre d’excellence d’ingénierie de Ploiesti. Aujourd’hui, lui et son équipe jouent également un rôle dans les technologies et processus de trempe à cœur évolués de l’usinePrahova avoisinante. « Là, nous utilisons un procédé appelé ‘trempage bainitique’, qui donne de l’acier bainitique », dit-il.

L’équipe a également fait des progrès avec des technologies de revêtements au cours des dernières années, doublant la capacité en 2020. « Il y a une forte demande pour cela en ce moment, et Vikram Bedekar, notre chef de groupe dans ce domaine, a fait un travail remarquable », déclare Rothleutner.

L’équipe des matériaux est également chargée d’optimiser les processus de cémentation au carbone, une technologie qui remonte au brevet original de Timken en 1897. « Nous connaissons très bien cette technologie, nous savons donc où elle convient et où d’autres processus sont mieux adaptés», déclare Rothleutner.

Le bon ingrédient, la bonne application

Les solutions conçues par Timken impliquent, à la base, l’identification des bons ingrédients et la bonne recette pour chaque application. « Les clients viennent à nous avec un ensemble précis de propriétés qu’ils veulent obtenir », déclare Rothleutner. « Nous avons combiné chimie et structure. »

Pour y arriver, il faut un effort d’équipe et des ingénieurs d’application qui prennent les devants. La R et D intervient lorsque la solution nécessite une chimie et une structure qui vont au-delà des processus standards de Timken, mais le choix des matériaux se résume souvent aux conditions d’application. Les applications qui voient le plus de charges avec chocs et de débris, telles que les lignes de coulée continue dans les aciéries, nécessitent de l’acier cémenté au carbone, le dur des durs. Pour ceux qui ont une bonne lubrification dans des environnements moins extrêmes, l’acier bainitique peut fonctionner tout aussi bien.

Aujourd’hui, par exemple, un fabricant d’équipement minier et de construction est en train de convertir les roulements différentiels Timken des chargeuses sur roues pour passer de l’acier cémenté au carbone à l’acier trempé à cœur. De plus en plus, les transmissions pour outils agricoles comportent également des roulements en acier trempé à cœur.

« Nous tirons parti de notre siècle d’expérience en cémentation au carbone pour comprendre les limites des différents processus », déclare Rothleutner. « Nous avons les tests, nous avons les données, nous savons donc exactement où d’autres processus peuvent fournir des performances tout aussi élevées avec moins de ressources. »

Dans le cas des roulements d’arbre principal d’éoliennes, les cycles de cémentation au carbone auraient ajouté au moins 100 heures au processus de fabrication, tandis que le durcissement par induction sans soudure fait la même chose en environ deux heures. « On parle d’une réduction de 50 % du temps de production d’un roulement, de sorte que les clients l’écrivent de plus en plus dans leurs spécifications», dit-il.

Je suis très fier de mon travail dans le secteur des énergies renouvelables et je sais que cela a été un moteur important pour de nombreuses personnes que j’ai embauchées. Des amis qui travaillent pour certaines des entreprises d’énergies renouvelables les plus connues au monde sont étonnés du travail que nous faisons ici avec des éoliennes et des roulements gigantesques. Ils connaissent les défis que cela représente.Lee Rothleutner
Directeur R et D des matériaux

Modélisation avancée, solutions plus rapides

L’équipe évalue également les capacités de fabrication additive en métal 3D, en utilisant des imprimantes 3D pour créer des prototypes, des pièces de démonstration et des composants d’outillage personnalisés. « La 3D est un sujet brûlant dans l’industrie, et nous évaluons exactement où elle nous convient », déclare Rothleutner.

Pour l’instant, le meilleur rapport qualité-prix provient des efforts de l’équipe pour faire progresser la modélisation des processus et des éléments finis. « La collecte de données sur nos processus de traitement thermique nous aide à être plus prédictifs, à modéliser une solution avant de fabriquer un prototype et à prédire comment le produit se comportera », dit-il.

La modélisation avancée aide également l’équipe à s’interfacer plus directement avec les clients, afin qu’ils puissent comprendre plus clairement les nuances des applications et trouver des solutions plus rapidement.

Une communauté métallurgique

La recherche sur les matériaux est complexe, mais elle est également très gratifiante pour un groupe de personnes qui aiment ce qui se passe lorsque vous combinez chimie, structure et propriétés dans un laboratoire où une journée normale peut voir une percée métallurgique majeure.

« À l’heure actuelle, nous travaillons à l’optimisation de nouveaux procédés de carburation et de nitruration au plasma, ainsi qu’à d’autres projets passionnants pour différents segments de l’entreprise », déclare Rothleutner. « Nous examinons des engrenages d’éoliennes, des alliages aérospatiaux, des solutions tout-terrain pour des conditions extrêmes. »

Les flux de travail en constante évolution et le sentiment de participer à des projets qui améliorent l’efficacité et le progrès maintiennent l’engagement des membres de l’équipe et leur donnent le goût de revenir au laboratoire chaque jour.

Timken R et D a travaillé directement avec les clients pour développer des revêtements anti-usure ES302. Lisez comment les résultats prolongent considérablement la durée de vie des applications dans l’énergie éolienne, l’agriculture, l’aérospatiale et autres.

Published: 2021/05/24