Odpowiedni materiał do każdego zastosowania

Ekspertyza

Odpowiedni materiał do każdego zastosowania

Zanim Lee Rothleutner dołączył do firmy pięć lat temu, doświadczenie z firmą Timken ograniczało się do rancza w Nebrasce, gdzie dorastał. Czarno-pomarańczowe pudełko było częstym widokiem na stole warsztatowym, kiedy on i jego tata wymieniali łożyska w traktorze.

Po rozpoczęciu pracy w dziale badań i rozwoju (R&D) firmy Timken perspektywa Rothleutnera zmieniła się dość dramatycznie. „Dokładnie zdałem sobie sprawę z zakresu pracy wykonywanej przez firmę Timken” – mówi. „Jestem metalurgiem z tytułem doktora i nie ma nic bardziej ekscytującego niż dostęp do laboratoriów, w których mogę wykonać prawie każdy proces obróbki cieplnej metalu, jaki chcę”.

Dziś, jako kierownik działu badań i rozwoju materiałów, wnosi tę mentalność do swojego zespołu. „Zdejmuję z półki tę ogromną książkę, Podręcznik ASM, tom czwarty” – mówi. ASM International to 108-letnia globalna społeczność inżynierów znana z gromadzenia i rozpowszechniania wiedzy o materiałach. Tom czwarty nosi tytuł „Obróbka cieplna”.

„Mówię im, że chcę, abyśmy zajęli stanowisko na temat każdego pojedynczego procesu obróbki cieplnej w tej książce”, mówi: „Czy to działa dla nas, czy nie, i dlaczego. Jeśli to zadziała, chcę procesu i środków, aby móc go wdrożyć. ”

Składniki marki składnika

Rothleutner został początkowo zatrudniony, aby pomóc w opracowaniu bezproblemowego procesu hartowania indukcyjnego firmy Timken dla łożysk wału głównego turbiny wiatrowej o bardzo dużej średnicy. Tam odniósł wielki sukces i zanim objął obecne stanowisko, został awansowany na przewodzenie grupie nawrócenia materialnego.

W wyniku swojej pracy w dziedzinie energetyki wiatrowej Rothleutner spędził dużo czasu w Rumunii, pracując z Centrum Doskonałości Inżynierii Ploiesti zespół. Obecnie on i jego zespół odgrywają również rolę w zaawansowanych procesach i technologiach hartowania na wskroś, które są stosowane w okolicy Prahova roślina. „Tam stosujemy proces zwany„ austempering ”, w wyniku którego powstaje stal bainityczna” – mówi.

Zespół również zrobił postępy z technologie powłok w ciągu ostatnich kilku lat, podwajając moce produkcyjne w 2020 r. „Obecnie jest na to ogromne zapotrzebowanie, a Vikram Bedekar, lider naszej grupy w tej dziedzinie, wykonał ogromną pracę” – mówi Rothleutner.

Zespół materiałowy jest również odpowiedzialny za optymalizację procesów nawęglania skrzynek – technologii, która sięga oryginalnego patentu Timkena z 1897 roku. „Znamy tę technologię bardzo dobrze, więc wiemy, gdzie ona pasuje i gdzie inne procesy są bardziej odpowiednie” – mówi Rothleutner.

Właściwy składnik, właściwa aplikacja

Rozwiązania inżynieryjne firmy Timken obejmują od samego początku określenie właściwych składników i właściwej receptury dla każdego zastosowania. „Klienci przychodzą do nas z określonym zestawem właściwości, które chcą osiągnąć” – mówi Rothleutner. „Połączyliśmy chemię i strukturę”.

Osiągnięcie tego wymaga wysiłku zespołowego, na czele którego stoją inżynierowie ds. Aplikacji. Dział badawczo-rozwojowy angażuje się, gdy rozwiązanie wymaga chemii i struktury wykraczającej poza standardowe procesy Timken, ale wybór materiałów często zależy od warunków zastosowania. Aplikacje, które widzą najsurowsze obciążenia udarowe i zanieczyszczenia, takie jak ciągłe linie do odlewania w hutach wymagają stali nawęglanej – najtwardszej z twardej. Dla tych z dobrym smarowaniem w mniej ekstremalnych środowiskach stal bainityczna może równie dobrze działać.

Obecnie na przykład jeden z producentów sprzętu górniczego i budowlanego przekształca łożyska różnicowe Timken w ładowarkach kołowych ze stali nawęglanej na stal hartowaną na wskroś. Przekładnie do maszyn rolniczych coraz częściej są również wyposażone w łożyska hartowane na wskroś.

„Wykorzystujemy nasze stuletnie doświadczenie w nawęglaniu skrzynek, aby zrozumieć ograniczenia różnych procesów” – mówi Rothleutner. „Mamy testy, mamy dane, więc dokładnie wiemy, gdzie inne procesy mogą zapewnić równie wysoką wydajność przy mniejszych zasobach”.

W przypadku łożysk wału głównego turbiny wiatrowej cykle nawęglania obudowy wydłużyłyby proces produkcyjny o 100 lub więcej godzin, podczas gdy bezproblemowe hartowanie indukcyjne robi to samo w ciągu około dwóch godzin. „Mówisz o 50% skróceniu czasu produkcji łożyska, więc klienci coraz częściej wpisują to do swoich specyfikacji” – mówi.

Jestem bardzo dumny ze swojej pracy w sektorze energii odnawialnej i wiem, że była to ważna przyczyna dla wielu zatrudnionych przeze mnie osób. Przyjaciele z najbardziej znanych firm zajmujących się odnawialnymi źródłami energii na świecie są zdumieni pracą, jaką tutaj wykonujemy przy turbinach wiatrowych i absurdalnie dużych łożyskach. Znają tam wyzwania. Lee Rothleutner
Kierownik działu badań i rozwoju materiałów

Zaawansowane modelowanie, szybsze rozwiązania

Zespół ocenia również możliwości trójwymiarowego wytwarzania przyrostowego z wykorzystaniem metali, używając drukarek 3D do tworzenia prototypów, elementów demonstracyjnych i niestandardowych elementów oprzyrządowania. „3D to gorący temat w branży i oceniamy, gdzie dokładnie nam pasuje” – mówi Rothleutner.

Na razie największy zwrot z grosza pochodzi z wysiłków zespołu, aby ulepszyć modelowanie procesów i elementów skończonych. „Gromadzenie danych o naszych procesach obróbki cieplnej pomaga nam być bardziej przewidywalnymi – modelować rozwiązanie przed wykonaniem twardego prototypu i przewidywać, jak produkt będzie się zachowywał w przyszłości” – mówi.

Zaawansowane modelowanie pomaga również zespołowi w bardziej bezpośrednim kontakcie z klientami, dzięki czemu mogą oni lepiej zrozumieć niuanse aplikacji i szybciej znaleźć rozwiązania.

Społeczność metalurgiczna

Badania materiałów są złożone – ale są również bardzo satysfakcjonujące dla grupy ludzi, którzy lubią to, co dzieje się, gdy łączy się chemię, strukturę i właściwości w laboratorium, w którym każdy zwykły dzień może przynieść wielki przełom w metalurgii.

„Obecnie pracujemy nad optymalizacją nowych procesów nawęglania i azotowania plazmowego oraz innych ciekawych projektów dla różnych segmentów działalności” – mówi Rothleutner. „Przyglądamy się przekładniom turbin wiatrowych, niektórym stopom lotniczym, niektórym rozwiązaniom terenowym do ekstremalnych warunków”.

Ciągle ewoluujące strumienie pracy i poczucie uczestnictwa w projektach, które zwiększają wydajność i postęp – sprawiają, że są zaangażowani i wracają do laboratorium każdego dnia.


Dział badawczo-rozwojowy firmy Timken współpracował bezpośrednio z klientami, aby opracować odporne na zużycie powłoki ES302. Przeczytaj jak Wyniki radykalnie wydłużają żywotność zastosowań w energetyce wiatrowej, rolnictwie, lotnictwie i innych.