От материаловедения к нанотехнологиям

Раздвигая границы науки, эксперты делают новые открытия. Современные клиенты Timken становятся все ближе к тому, чтобы сделать полет на электрической тяге реальностью и найти новые способы использования возобновляемых источников энергии. Каждый существенный этап в развитии механики зависит от общего вопроса: какие материалы смогут удовлетворить требования новой области применения?

Понимание физического и химического поведения металлов имеет важное значение для следующего поколения инноваций. Старшие материаловеды Aaron Muhlenkamp и Amanda Grow рассуждают о том, как знания и опыт компании Timken в области металлургии являются основой промышленного лидерства Timken и их решающей роли в повышении производительности приложений клиентов и технологичности подшипников.

Клиентоориентированность: металлургия как прикладная наука

Иногда наука отвечает на теоретические вопросы. В других случаях она решает реальные проблемы. Хотя изучение металлургии позволяет сделать и то, и другое, цель всех исследований и разработок Timken – сделать новые открытия, которые помогут преодолеть конкретные инженерные проблемы, возникающие прямо сейчас.

«Все, что мы делаем, попадает в одну из двух категорий: производительность или технологичность», – сказал Aaron Muhlenkamp, эксперт по термообработке и специалист Timken по металлургии подшипников.

Когда дело доходит до производительности, металлургические знания помогают выбрать оптимальный материал с учетом различных требований применения. Например, к подшипникам, которые должны выдерживать десятилетия экстремальных условий в далеком космосе, предъявляются совсем другие требования, чем к подшипникам, которые обеспечивают ежедневные поездки электромобилей на Земле. Это означает, что для каждого подшипника требуются разные механические свойства материалов. Правильно выбранные свойства улучшают производительность и эффективность подшипника, а также всей системы, в которой он работает.

Muhlenkamp отметил, что требования к производительности продолжают меняться по мере того, как разработчики оригинального оборудования расширяют возможности своих систем. Всегда существует потребность в металлургических исследованиях, которые гарантируют, что новые подшипники смогут работать на более высоких скоростях, выдерживать более высокие нагрузки или более высокие температуры.

«К нам обращается все больше клиентов со словами: “Это обычное приложение, но теперь оно должно работать в условиях на 50 градусов выше, чем раньше. Как вы собираетесь помочь нам справиться с этим?” – сказал он. – Или мы получаем запросы на обеспечение того, чтобы подшипник шириной 11 футов мог выдерживать невероятные нагрузки при морском ветре. В результате нам нужно получить и протестировать материалы, чтобы доказать, что они работают».

Материалы, которые «работают» на производительность, также должны быть практичными для использования при производстве подшипников. Является ли материал доступным? Выдержит ли он термическую и механическую обработку, а также другие производственные процессы? Будет ли это экономически выгодно? Все эти вопросы учитываются металлургами при консультировании инженеров и клиентов Timken по выбору материалов.

Исследования мирового уровня в промышленных условиях

В начале 20-го века (в 1913 году) компания Timken, движимая необходимостью квалифицировать своих поставщиков стали, начала инвестировать в собственное металлургическое производство и возможности определения характеристик материалов. Сегодня компания может похвастаться глобальной командой из 26 экспертов в области материаловедения и впечатляющей металлургической лабораторией, оснащенной оборудованием самого высокого уровня в мире.

«Эти инструменты дают нам глубокое представление о химическом составе материалов, их микроструктуре, реакции на обработку, результирующих механических свойствах и характеристиках продукции, – сказала Amanda Grow, которая специализируется на испытаниях и новых решениях в области материалов, позволяющих Timken оставаться на переднем крае технологий подшипников. – Наши лаборатории для исследований и разработок могут конкурировать с лабораториями многих университетов».

«Эти инструменты дают нам глубокое представление о химическом составе материалов, их микроструктуре, реакции на обработку, результирующих механических свойствах и характеристиках продукции. Наши лаборатории для исследований и разработок могут конкурировать с лабораториями многих университетов».

Amanda Grow
Старший материаловед

В то время как некоторые лаборатории полагаются на простое твердометрическое исследование для получения частичных данных о механических свойствах материала, компания Timken использует метод пластометрического исследования для сбора более полных данных. Этот метод помогает получить более точные данные о зависимости между напряжением и деформацией материала и его предельной прочности при растяжении. Эти данные позволяют принимать решение о способности конкретного материала применяться в процессах производства подшипников Timken, а затем выдерживать реальные условия эксплуатации.

Металлурги компании также используют новейшие методы оптической эмиссионной спектроскопии тлеющего разряда для изучения химического состава материалов.

«По сути, мы обдуваем кусок стали ионами аргона, чтобы медленно удалить материал, – сказал Grow. – При удалении слоев материала анализируется его состав, по одному нанометру за раз. Для сравнения: ширина человеческого волоса составляет от 75 000 до 100 000 нанометров».

Недавно компания Timken начала использовать свои возможности металлургических испытаний при производстве, используя миниатюрную технологию для сканирования стали на рычажных весах, выполнения химических анализов и проверок качества. Портативное устройство быстро выполняет ту же работу, что и его традиционный лабораторный аналог, занимающий значительное пространство.

«Быстрое получение достоверных данных ускоряет принятие правильных решений», – сказал Muhlenkamp.

Материаловедение с ориентацией на будущее

Имея большой опыт в металлургической отрасли, Timken продолжает расширять свои горизонты, поддерживая рост портфолио компании, растущие потребности клиентов и скорость внедрения инноваций.

Компания Timken недавно выпустила гибридные подшипники для аэрокосмической отрасли с керамическими элементами качения. Керамика обладает уникальными характеристиками, которые обеспечивают большую прочность на высоких скоростях и являются более легкой альтернативой стали для применения в авиации.

Приобретение компанией Timken компании GGB недавно также добавило в сферу деятельности компании полимеры, а исследования и разработки все активнее используются в создании и выборе материалов для продукции, выходящей за рамки ее основного портфеля подшипников. Эксперты Timken изучают возможности аддитивного производства для улучшения определенных эксплуатационных характеристик промышленных цепей.

Muhlenkamp и Grow согласны – по мере расширения технических возможностей Timken реагирование на запросы клиентов остается в центре внимания, чтобы идти в ногу с будущими инновациями.

Muhlenkamp сказал: «Все дело в скорости получения знаний. Быстрое получение достоверных данных ускоряет принятие правильных решений».

«И гибкости, – добавила Grow. – Мы хотим быть более гибкой производственной компанией. И у нас есть знания и опыт, чтобы добиться этого».

Инновации Timken для клиентов основаны на инициативах, реализуемых в наших лабораториях Timken для исследований и разработок мирового класса. Узнайте больше об инвестициях компании в полный спектр технических направлений от моделирования и прогнозирования производительности подшипников до тестирования новых продуктов.

Published: 2024/01/15