Dalla scienza dei materiali alla nanoscienza

Quando gli esperti spingono i confini della scienza vengono fatte nuove scoperte. I clienti di Timken odierni stanno per rendere il volo elettrico una realtà e stanno cercando nuovi modi per sfruttare le energie rinnovabili. Ogni salto in avanti in ambito meccanico si basa su una domanda comune: quali materiali possono gestire le richieste delle nuove applicazioni?

Comprendere i comportamenti fisici e chimici dei metalli è essenziale per determinare la prossima generazione di innovazione. Aaron Muhlenkamp e Amanda Grow, esperti dei materiali senior, discutono di come l’esperienza metallurgica sia fondamentale per la leadership industriale di Timken e del suo ruolo cruciale per migliorare le prestazioni dei clienti e la producibilità dei cuscinetti.

Orientamento al cliente: la metallurgia come scienza applicata definitiva

A volte la scienza risponde a domande teoriche. Altre volte, risolve i problemi del mondo reale. Mentre lo studio della metallurgia fa entrambe le cose, l’obiettivo di tutte le attività di ricerca e sviluppo di Timken è quello di fare nuove scoperte che permettano di superare le sfide ingegneristiche specifiche che si verificano in questo momento.

“Tutte le nostre operazioni rientrano in una delle due categorie: prestazioni o producibilità”, afferma Aaron Muhlenkamp, esperto di trattamenti termici e istruttore in ambito di metallurgia dei cuscinetti di Timken.

Quando si tratta di prestazioni, le informazioni metallurgiche determinano la scelta ottimale dei materiali sulla base di diverse esigenze applicative. I cuscinetti che devono sopportare decenni di condizioni estreme nello spazio profondo, ad esempio, hanno esigenze molto diverse da quelli che supportano i tragitti quotidiani di un veicolo elettricosulla Terra. Ciò significa che ogni cuscinetto richiede ai suoi materiali proprietà meccaniche diverse. Le giuste proprietà migliorano le prestazioni e l’efficienza del cuscinetto e del sistema complessivo che supporta.

Muhlenkamp ha osservato che le prestazioni richieste continuano a cambiare man mano che i progettisti di apparecchiature originali migliorano le capacità dei loro sistemi. C’è sempre la necessità di una ricerca metallurgica che garantisca che i nuovi cuscinetti possano operare a velocità maggiori, tollerare carichi più pesanti o gestire temperature più elevate.

“Sempre più clienti vengono da noi affermando ‘questa è un’applicazione normale, ma ora deve funzionare a una temperatura di 50 gradi superiore rispetto a prima. Come ci aiuterete a renderlo possibile?’”, riferisce. “Oppure, riceviamo richieste per garantire che un cuscinetto largo 11 piedi possa supportare i carichi incredibili delle applicazioni eoliche offshore. Alla fine della giornata, dobbiamo ottenere e testare i materiali per dimostrare ciò che funziona”.

Anche i materiali che garantiscono prestazioni ottimali devono essere funzionali per l’uso nella produzione di cuscinetti. Il materiale è disponibile? Come reggerà il trattamento termico, la lavorazione e altri processi di produzione? Sarà conveniente? Queste sono tutte domande che i metallurgisti considerano quando consigliano i tecnici e i clienti Timken sulla scelta dei materiali.

Ricerca di prim’ordine in un ambiente industriale

Nata per soddisfare le esigenze dei fornitori di acciaio all’inizio del 20^° secolo, Timken ha iniziato a investire nella metallurgia interna e nelle capacità di caratterizzazione dei materiali nel 1913. Oggi l’azienda vanta un team globale di 26 esperti di scienza dei materiali e un impressionante laboratorio metallurgico con alcune delle apparecchiature con la massima risoluzione al mondo.

“Questi strumenti ci offrono un’ampia conoscenza della chimica dei materiali, della microstruttura, della risposta di elaborazione, delle proprietà meccaniche derivanti e delle prestazioni dei prodotti”, ha affermato Amanda Grow, specializzata nei test e nelle soluzioni di nuovi materiali che consentono a Timken di essere all’avanguardia nel settore della tecnologia dei cuscinetti”. “I nostri laboratori di R&S competono con quello che trovereste in molte università”.

“Questi strumenti ci forniscono un’ampia conoscenza della chimica dei materiali, della microstruttura, della risposta di elaborazione, delle proprietà meccaniche risultanti e delle prestazioni del prodotto”. “I nostri laboratori di R&S competono con quello che trovereste in molte università”.

Amanda Grow
Esperta dei materiali senior

Mentre alcuni laboratori si affidano a test di durezza più elementari per i dati semi-qualitativi sulle proprietà meccaniche di un materiale, Timken utilizza la plastometria di indentazione per raccogliere dati più precisi. Questo metodo consente di tracciare informazioni più precise sui rapporti sollecitazione-deformazione di un materiale e sulla resistenza alla trazione finale. I risultati determinano il processo decisionale sulla capacità di un materiale specifico di gestire i processi di produzione dei cuscinetti Timken e, in seguito, supportare un’applicazione nel mondo reale.

I metallurgisti delle aziende utilizzano anche i metodi più recenti nella spettroscopia a emissione ottica a scarica luminescente per esplorare la chimica di un materiale.

“Fondamentalmente facciamo esplodere ioni di argon in un pezzo d’acciaio per poi rimuovere lentamente il materiale”, ha affermato Grow. “Mentre si rimuovono gli strati, si analizza la composizione un nanometro alla volta. Per fare un paragone, la larghezza di un capello umano è compresa tra 75.000 e 100.000 nanometri”.

Timken ha recentemente iniziato a svolgere i test metallurgici in movimento, utilizzando la tecnologia miniaturizzata per eseguire la scansione dell’acciaio nelle acciaierie, svolgere analisi chimiche e condurre controlli di qualità. Il dispositivo palmare esegue rapidamente lo stesso lavoro del suo equivalente di laboratorio tradizionale, che occupa lo spazio di due scrivanie.

“Più velocemente otteniamo dati corretti, prima riusciamo a prendere buone decisioni”, ha affermato Muhlenkamp.

Scienza dei materiali orientata al futuro

Con un’importante esperienza metallurgica, Timken continua ad ampliare i suoi orizzonti a sostegno del crescente portafoglio aziendale, dell’evoluzione delle esigenze dei clienti e della velocità di innovazione.

Timken ha recentemente lanciato cuscinetti aerospaziali ibridi con elementi rotanti in ceramica. La ceramica ha caratteristiche uniche che offrono grande resistenza alle alte velocità e alternative più leggere all’acciaio per le applicazioni aeronautiche.

L’acquisizione di GGB da parte di Timken ha recentemente aggiunto i polimeri alle competenze dell’azienda, e il settore di R&S si sta impegnando maggiormente nello sviluppo e nella selezione dei materiali per prodotti che vanno al di là del suo portafoglio di cuscinetti di base. Gli esperti Timken stanno studiando la produzione additiva per migliorare determinate caratteristiche prestazionali nei prodotti della catena industriale.

Muhlenkamp e Grow sono d’accordo: man mano che Timken amplia le sue capacità tecniche, la reattività dei clienti resta il focus per tenere il passo con l’innovazione futura.

Secondo Muhlenkamp “tutto sta nella velocità della conoscenza. Più velocemente otteniamo dati corretti, prima riusciamo a prendere buone decisioni”.

“E nell’agilità”, ha aggiunto Grow. “Vogliamo essere un’azienda produttiva sempre più agile. E abbiamo le conoscenze per farlo”.

L’innovazione dei clienti Timken è influenzata dalle iniziative condotte nei nostri laboratori di Ricerca e sviluppo Timken di livello mondiale. Scoprite maggiori informazioni sugli investimenti della società in una gamma completa di attività tecniche, dalla modellazione e previsione delle prestazioni dei cuscinetti alla sperimentazione di nuovi prodotti.

Published: 2024/01/15