Materialul potrivit pentru fiecare aplicație

Expertiză

Materialul potrivit pentru fiecare aplicație

Înainte de a veni în companie în urmă cu cinci ani, experiența lui Lee Rothleutner cu Timken se limitase la ferma din Nebraska unde a crescut. Cutia neagră cu portocaliu era o prezență comună pe bancul de lucru, când el și tatăl lui schimbau rulmenții tractorului.

După ce a început lucrul în departamentul de cercetare și dezvoltare (R&D) al Timken, perspectiva lui Rothleutner s-a schimbat destul de drastic. „Mi-am dat seama exact de amploarea muncii pe care o depune compania Timken”, spune el. „Sunt doctor în metalurgie și nu există nimic mai interesant decât să am acces la laboratoare în care pot face aproape orice proces de tratare termică a metalelor pe care vreau.”

Astăzi, în calitate de director de cercetare și dezvoltare a materialelor, aduce această mentalitate în echipa sa. „Scot această carte imensă din raft, Manualul ASM, volumul patru”, spune el. ASM International este comunitatea internațională de inginerie care există de 108 ani, cunoscută pentru adunarea și diseminarea cunoștințelor despre materiale. Volumul patru se intitulează „Tratarea termică”.

„Le spun că vreau să avem o poziție cu privire la fiecare proces de tratament termic din acea carte”, spune el: „Dacă este potrivit pentru noi, dacă nu este potrivit și de ce. Dacă este potrivit, vreau procesul și mijloacele pentru a-l putea implementa.”

Ingredientele unei mărci de ingrediente

Rothleutner a fost angajat inițial pentru a contribui la dezvoltarea procesului Timken de întărire prin inducție fără sudură pentru rulmenții arborelui principal al turbinelor eoliene cu alezaj foarte mare. A avut un mare succes acolo și a fost promovat să conducă grupul de transformare a materialelor înainte de a prelua funcția actuală.

Ca urmare a muncii sale în domeniul energiei eoliene, Rothleutner a petrecut mult timp în România, lucrând cu echipa Centrului de Excelență în Inginerie din Ploiești . Astăzi, el și echipa sa joacă, de asemenea, un rol în procesele și tehnologiile avansate de călire completă utilizate în uzina din Prahova. „Acolo, folosim un proces numit „austempering”, care face oțel bainitic”, spune el.

Echipa a făcut, de asemenea, progrese cu tehnologiile de acoperire în ultimii ani, dublând capacitatea în 2020. „Există o cerere uriașă pentru asta chiar acum, iar Vikram Bedekar, liderul grupului nostru în acea zonă, a făcut o muncă extraordinară”, spune Rothleutner.

Echipa de materiale se ocupă, de asemenea, cu optimizarea proceselor de cementare – tehnologie care datează de la brevetul original Timken din 1897. „Cunoaștem această tehnologie extrem de bine, așa că știm unde se potrivește și unde sunt mai potrivite alte procese”, spune Rothleutner.

Ingredientul potrivit, aplicarea corectă

Soluțiile concepute de Timken implică, de la bază, identificarea ingredientelor potrivite și a rețetei potrivite pentru fiecare aplicație. „Clienții vin la noi cu o serie de proprietăți specifice pe care doresc să le obțină”, spune Rothleutner. „Am adus împreună chimia și structura.”

Faptul de a ajunge în acel punct este un efort de echipă, inginerii de aplicații preluând conducerea. Divizia de cercetare și dezvoltare se implică atunci când soluția necesită chimie și structură care depășesc procesele standard ale Timken, dar alegerea materialelor se reduce adesea la condițiile de aplicare. Aplicațiile care sunt supuse celor mai dure sarcini la șocuri și reziduuri, cum ar fi liniile de turnare continuă din fabricile de oțel, necesită oțel cementat superficial – cel mai rezistent dintre toate. Pentru acele aplicații cu o lubrifiere bună în medii mai puțin extreme, și oțelul bainitic poate funcționa la fel de bine.

Astăzi, de exemplu, un producător de echipamente pentru minerit și construcții transformă rulmenții diferențiali Timken de pe încărcătoarele frontale pe roți din oțel cementat superficial în oțel călit complet. Transmisiile pentru utilaje agricole folosesc din ce în ce mai mult și rulmenții căliți complet.

„Profităm de secolul de experiență cu cementarea pentru a înțelege limitările diferitelor procese”, spune Rothleutner. „Avem testele, avem datele, așa că știm exact unde pot oferi alte procese performanțe la fel de înalte cu mai puține resurse.”

În cazul rulmenților arborelui principal al turbinei eoliene, ciclurile de cementare ar fi adăugat 100 de ore sau mai mult la procesul de fabricație, în timp ce călirea prin inducție fără sudură face același lucru în aproximativ două ore. „Vorbim despre o reducere cu 50% a timpului de fabricare a unui rulment, așa că clienții îl menționează din ce în ce mai mult în specificațiile lor”, spune el.

„Sunt foarte mândru de munca pe care am depus-o în sectorul energiei regenerabile și știu că acesta a fost un factor important pentru mulți oameni pe care i-am angajat. Prieteni de la unele dintre cele mai cunoscute companii de energie regenerabilă din lume sunt uimiți de munca pe care o facem aici cu turbine eoliene și rulmenți ridicol de mari. Ei știu care sunt provocările acolo”. Lee Rothleutner
Director de cercetare și dezvoltare materiale

Modelare avansată, soluții mai rapide

Echipa evaluează, de asemenea, capabilitățile 3D de fabricație aditivă a metalelor, folosind imprimante 3D pentru a crea prototipuri, piese demonstrative și componente pentru scule personalizate. „Imprimarea 3D este un subiect de mare interes în industrie și conducem o evaluare pentru a stabili exact unde ni se potrivește”, spune Rothleutner.

Deocamdată, cel mai mare profit vine din efortul echipei de a avansa procesele și modelarea cu elemente finite. „Colectarea datelor despre procesele noastre de tratare termică ne ajută să fim mai predictivi – să modelăm o soluție înainte de a realiza un prototip dur și să anticipăm cum se va comporta produsul în viitor”, spune el.

Modelarea avansată ajută, de asemenea, echipa să interacționeze mai direct cu clienții, astfel încât aceștia să poată înțelege mai clar nuanțele aplicației și să ajungă mai repede la soluții.

O comunitate metalurgică

Cercetarea materialelor este complexă – dar este, de asemenea, foarte plină de satisfacții pentru un grup de oameni cărora le place ce se întâmplă atunci când combini chimia, structura și proprietățile într-un laborator în care orice zi obișnuită ar putea include o descoperire metalurgică majoră.

„În acest moment, lucrăm la optimizarea noilor procese de carburare și nitrurare în plasmă și la alte proiecte interesante pentru diferite segmente ale afacerii”, spune Rothleutner. „Studiem cutii de viteze pentru turbinele eoliene, unele aliaje pentru industria aerospațială, câteva soluții off-road pentru condiții extreme.”

Fluxurile de lucru aflate în continuă evoluție și sentimentul de a participa la proiecte care sporesc eficiența și progresul îi ajută să rămână implicați și să revină în laborator în fiecare zi.


Divizia de cercetare și dezvoltare de la Timken a lucrat direct cu clienții pentru a dezvolta straturi de acoperire rezistente la uzură ES302. Aflați cum aceste rezultate extind drastic durata de viață pentru aplicații în energia eoliană, agricultură, industria aerospațială și altele.