재료 과학은 물론 나노 과학을 아우르는 기술 영역

전문가들이 과학의 한계를 넘어설 때, 비로소 새로운 발견이 이루어집니다. 오늘날의 Timken 고객들은 전기 비행을 현실화하고 재생 가능 에너지를 활용하는 새로운 방법을 발견하는 데 점점 더 가까워지고 있습니다. 모든 기계 분야가 크게 발전함에 따라 우리는 한 가지 공통적인 질문에 직면하게 됩니다. 새로운 응용 분야의 요구를 감당해 낼 수 있는 재료는 과연 무엇일까?

금속의 물리적 및 화학적 동작을 이해하는 것은 차세대 혁신을 알리는 데 필수적입니다. 수석 재료 전문가 Aaron Muhlenkamp와 Amanda Grow가 금속공학 전문 기술이 어떻게 Timken의 산업 리더십에 핵심이 되는지 그리고 고객 성과 향상과 베어링 제조 가능성에 있어 금속공학 전문 기술이 얼마나 중요한 역할을 하는지에 대해 설명합니다.

고객 중심: 궁극의 응용과학, 금속공학

때로는 과학이 이론적인 질문에 대한 답을 제시해 줍니다. 또 어떨 때는 실제 문제를 해결하기도 합니다. 금속공학 연구는 이 두 가지를 모두 가능하게 하지만, 모든 Timken R&D 연구의 목표는 지금 현재 발생하고 있는 특정한 엔지니어링 문제를 극복하는 데 도움이 되는 새로운 발견을 이루어 내는 것입니다.

열처리 전문가이자 Timken의 상주 베어링 금속공학 트레이너인 Aaron Muhlenkamp는 이렇게 말합니다. “우리가 하는 모든 일은 성능 또는 제조 가능성의 두 가지 범주 중 하나에 속합니다.”

성능과 관련하여, 금속공학적 통찰력을 활용하면 다양한 응용 분야 요구 사항에 따라 최적의 재료를 선택할 수 있습니다. 예를 들어, 심우주에서 수십 년 동안 극한의 조건을 견뎌야 하는 베어링은 지구에서 전기 자동차의 일상적인 주행을 지원하는 베어링과는 차원이 다른 요구 사항을 가집니다. 다시 말해, 모든 베어링은 재료 측면에서 저마다 다른 기계적 특성이 필요합니다. 재료의 특성이 적절하면 베어링과 베어링이 지원하는 전체 시스템의 성능과 효율성이 향상됩니다.

Muhlenkamp는 원래 장비 설계자가 시스템의 기능을 향상함에 따라 성능 요구 사항이 계속 바뀌고 있다는 점에 주목했습니다. 새로운 베어링이 더 높은 속도로 작동하거나 더 무거운 하중을 지탱하거나 더 높은 온도를 견딜 수 있게 하는 금속공학 연구는 항상 필요합니다.

그는 “‘일반 용도이긴 하지만, 이전보다 50° 더 높은 온도에서 작동해야 해요. 이 문제를 처리하도록 어떻게 도와주실 수 있나요?’라며 문의하는 고객이 갈수록 많아지고 있어요.”라며 이어, “또는 해상풍이 부는 환경에서 11피트 폭의 베어링이 엄청난 하중을 지탱할 수 있게 해달라는 요청도 받죠. 결국, 어떤 것이 효과가 있는지 입증하려면 재료를 구해서 테스트해야 합니다.”라고 말합니다.

성능에 “효과”가 있는 재료는 또한 베어링 제조에 사용하기에도 실용적이어야 합니다. 사용이 가능한 재료인가? 해당 재료가 열처리, 기계 가공 및 기타 제조 공정을 어떻게 견뎌낼 수 있는가? 비용 효율적인가? 이런 모든 질문은 Timken 엔지니어와 고객에게 재료 선택에 대해 조언할 때 금속공학자가 고려해야 하는 것들입니다.

산업 환경에서 세계적인 수준의 연구

20세기 초 강철 공급업체의 자격 검증 요구에 따라, Timken은 1913년에 사내 금속공학 및 재료 특성 분석 역량에 투자하기 시작했습니다. 오늘날 Timken은 26명의 재료 과학 전문가로 구성된 글로벌 팀과 세계에서 해상도가 가장 높은 장비를 보유한 인상적인 금속공학 연구실을 자랑합니다.

Timken이 베어링 기술의 최첨단에 설 수 있게 하는 테스트 및 신소재 솔루션 전문가인 Amanda Grow는 이렇게 말합니다. “이러한 도구는 재료 화학, 미세 구조, 처리 반응, 결과로 도출된 기계적 특성 및 제품 성능에 대한 많은 통찰력을 제공합니다.” “당사의 R&D 연구실은 여러 대학 연구실과 수준이 비슷해요.”

“이런 도구 덕분에 우리는 재료 화학, 미세 구조, 처리 반응, 결과로 도출된 기계적 특성 및 제품 성능에 대한 많은 통찰력을 얻을 수 있어요. 당사의 R&D 연구실은 여러 대학 연구실과 수준이 비슷해요.”

Amanda Grow
수석 재료 전문가

일부 연구실에서는 재료의 기계적 특성에 대한 반정성적 데이터를 위해 다소 기본적인 경도 테스트에 의존하지만, Timken은 압입 성형술을 사용하여 보다 정확한 세부 정보를 수집합니다. 이 방법은 재료의 응력-변형률 관계와 최고 인장 강도에 대한 보다 정확한 정보를 표시하는 데 도움이 됩니다. 결과를 바탕으로 특정 재료가 Timken 베어링 제조 공정을 견뎌낼 수 있는지 그리고 나중에 실제 응용 분야를 지원할 수 있는지에 대한 결정을 내릴 수 있습니다.

Timken 금속공학자들은 또한 무염광 배출 광학 분광학에서 최신 방법을 사용해 재료의 화학적 성질을 탐구합니다.

“기본적으로 강철 조각에서 아르곤 이온을 폭발시켜 재료를 천천히 제거합니다.”라고 Grow는 말하면서 다음과 같이 덧붙입니다. “층을 제거하면서 한 번에 1나노미터씩 화학적 구성을 분석하죠. 비교해 보자면, 사람 머리카락의 폭이 75,000~100,000나노미터 정도 돼요.”

Timken은 최근 소형화된 기술을 사용하여 강재 적치장에서 강철을 스캔하고 화학 분석을 수행하며 품질 검사를 수행하는 등 이동 중 금속 테스트 기능을 사용하기 시작했습니다. 이 휴대용 장치는 책상 두 개 공간을 차지하는 기존 연구실 장치와 수행하는 작업과 동일한 작업을 빠르게 수행합니다.

“좋은 데이터를 빨리 얻을수록 더 빨리 좋은 결정을 내릴 수 있습니다.”라고 Muhlenkamp는 말합니다.

미래 중심의 재료 과학

금속공학 전문 기술에 대한 강력한 배경을 바탕으로 Timken은 회사의 성장하는 포트폴리오, 진화하는 고객 요구 사항 및 혁신의 속도를 지원하기 위해 계속해서 지평을 넓히고 있습니다.

Timken은 최근 세라믹 압연 요소를 특징으로 하는 하이브리드 항공우주 베어링을 출시했습니다. 세라믹은 높은 속도에서 뛰어난 강도를 제공하고 항공 응용 분야용 강철에 대한 경량 대체품으로 사용 가능하게 만드는 고유한 특성을 가지고 있습니다.

Timken이 GGB를 인수하면서 최근 회사의 사업 범위에 폴리머가 추가되었으며 핵심 베어링 포트폴리오 이외 다른 제품의 재료 개발 및 선택에 대한 R&D가 증가하고 있습니다. Timken 전문가들은 산업용 체인 제품의 특정 성능 특성을 향상하기 위해 적층 제조 부문을 연구하고 있습니다.

Muhlenkamp와 Grow는 Timken이 기술 역량을 확장함에 따라 고객 대응력은 미래 혁신에 보조를 맞추는 데 여전히 중점을 두고 있다는 데 동의합니다.

Muhlenkamp에 따르면 이렇습니다. “가장 중요한 건 지식에 이르는 속도예요. 좋은 데이터를 빨리 얻을수록 더 빨리 좋은 결정을 내릴 수 있습니다.”

“그리고 민첩성도 중요하죠.”라며 Grow가 덧붙입니다. “Timken은 점점 더 민첩한 제조 회사가 되어야 해요. 그리고 우리는 민첩한 회사가 될 수 있는 지식을 가지고 있습니다.”

세계적인 수준의 Timken R&D 연구실에서 수행된 이니셔티브를 통해 알려진 Timken 고객 혁신 베어링 성능 모델링 및 예측에서 신제품 테스트에 이르는 다양한 기술 활동에 대한 Timken의 투자에 대해 자세히 알아보십시오.

Published: 2024/01/15