Malzeme Biliminden Nanobilime

Uzmanlar bilimin sınırlarını zorladığında, işte o zaman yeni keşifler yapılır. Günümüzde Timken müşterileri elektrikli uçuşu gerçeğe dönüştürmeye yaklaşıyor ve yenilenebilir enerjiden yararlanmanın yeni yollarını buluyor. İleriye doğru yapılan her mekanik atılım ortak bir soruya dayanır: Hangi malzemeler yeni uygulamaların gerekliliklerini karşılayabilir?

Metallerin fiziksel ve kimyasal davranışlarını anlamak, yeni nesil inovasyon hakkında bilgi sahibi olmak açısından çok önemlidir. Kıdemli Malzeme Uzmanları Aaron Muhlenkamp ve Amanda Grow, metalürji uzmanlığının Timken’in endüstriyel liderliğinin temelini nasıl oluşturduğunu ve müşteri performansını ve rulman üretilebilirliğini artırmadaki önemli rolünü tartışıyor.

Müşteri odaklı: nihai uygulamalı bilim olarak metalürji

Bazen bilim teorik sorulara cevap verir. Bazen de gerçek dünya sorunlarını çözer. Metalürji çalışmaları her ikisini de yapsa da, Timken’in tüm Ar-Ge çalışmalarının amacı, şu anda yaşanan belirli mühendislik zorluklarının üstesinden gelmeye yardımcı olacak yeni keşifler yapmaktır.

Isıl işlem uzmanı ve Timken’in yerleşik rulman metalürjisi eğitmeni Aaron Muhlenkamp, “Yaptığımız her şey iki kategoriden birine giriyor: performans veya üretilebilirlik” dedi.

Performans söz konusu olduğunda, metalürjik bilgiler değişen uygulama ihtiyaçlarına göre optimum malzeme seçimi sağlar. Örneğin, derin uzaydaki onlarca yıllık zorlu koşullara dayanması gereken rulmanlar, elektrikli bir aracın Dünya’daki günlük ulaştırma görevlerini destekleyen rulmanlardan çok farklı gerekliliklere sahiptir. Bu, her rulmanın içerdiği malzemelerden farklı mekanik özellikler gerektirdiği anlamına gelir. Doğru özellikler rulmanın ve desteklediği genel sistemin performansını ve verimliliğini artırır.

Muhlenkamp, orijinal ekipman tasarımcıları sistemlerinin yeteneklerini geliştirdikçe performans taleplerinin de değişmeye devam ettiğini belirtti. Yeni rulmanların daha yüksek hızlarda çalışabilmesini, daha ağır yükleri tolere edebilmesini veya daha yüksek sıcaklıkları yönetebilmesini sağlayan metalürjik araştırmalara her zaman ihtiyaç vardır.

“Giderek daha fazla sayıda müşterimiz bize ‘bu normal bir uygulama, ancak şimdi eskisinden 50 derece daha sıcak çalışması gerekiyor. Bu konuda bize nasıl yardımcı olacaksınız?’ diyor.” dedi. “Ya da 11 fit genişliğindeki bir rulmanın açık deniz rüzgarında inanılmaz yükleri destekleyebilmesini sağlamak için talepler alıyoruz. Günün sonunda, neyin işe yaradığını kanıtlamak için materyalleri almamız ve test etmemiz gerekiyor.”

Performans açısından “işe yarayan” malzemeler, rulman üretiminde kullanım için de pratik olmalıdır. Malzeme mevcut mu? Isıl işlem, frezeleme ve diğer üretim süreçlerine nasıl dayanacak? Uygun maliyetli olacak mı? Tüm bunlar, Timken mühendislerine ve müşterilerine malzeme seçimi konusunda tavsiyelerde bulunurken metalürji uzmanlarının dikkate aldığı sorulardır.

Endüstriyel bir ortamda dünya standartlarında araştırma

Timken, 20. yüzyılın başlarında kendi çelik tedarikçilerini kalifiye etme ihtiyacından hareketle 1913 yılında şirket içi metalürji ve malzeme karakterizasyon yeteneklerine yatırım yapmaya başladı. Bugün şirket, 26 malzeme bilimi uzmanından oluşan küresel bir ekibi ve dünyanın en yüksek çözünürlüklü ekipmanlarından bazılarını barındıran etkileyici bir metalürji laboratuvarına sahiptir.

Timken’in rulman teknolojisinde öncü olmasını sağlayan testler ve yeni malzeme çözümleri konusunda uzmanlaşan Amanda Grow, “Bu araçlar bize malzeme kimyası, mikro yapı, işleme tepkisi, sonuçta ortaya çıkan mekanik özellikler ve ürün performansı hakkında birçok fikir veriyor” dedi. “Ar-Ge laboratuvarlarımız birçok üniversitede bulabileceklerinizle yarışır.”

“Bu araçlar bize malzeme kimyası, mikro yapı, işleme tepkisi, sonuçta ortaya çıkan mekanik özellikler ve ürün performansı hakkında çok fazla fikir veriyor. Ar-Ge laboratuvarlarımız birçok üniversitede bulabileceklerinizle yarışır.”

Amanda Grow
Kıdemli Malzeme Uzmanı

Bazı laboratuvarlar, bir malzemenin mekanik özellikleri hakkında yarı nicel veriler için daha temel sertlik testlerine güvenirken, Timken daha doğru ayrıntılar elde etmek için indentasyon plastometrisini kullanır. Bu yöntem, bir malzemenin gerilme-gerinim ilişkileri ve nihai çekme mukavemeti hakkında daha kesin bilgilerin belirlenmesine yardımcı olur. Sonuçlar, belirli bir malzemenin Timken rulman üretim süreçlerini yönetip yönetemeyeceği ve daha sonra gerçek dünyadaki bir uygulamayı destekleyip destekleyemeyeceği konusunda karar vermeye rehberlik eder.

Şirket metalürjistleri ayrıca bir malzemenin kimyasını keşfetmek için kızdırma deşarjlı optik emisyon spektroskopisindeki en son yöntemleri kullanmaktadır.

Grow, “Temel olarak argon iyonlarını bir çelik parçasına püskürterek malzemeyi yavaşça kaldırıyoruz” dedi. “Her seferinde bir nanometre olmak üzere katmanları kaldırdıkça bileşimin ne olduğunu analiz eder. Bunu bir perspektife oturtmak gerekirse, bir insan saçı 75.000 ila 100.000 nanometre genişliğindedir.”

Timken, kısa süre önce çelikhanelerde çelik taraması yapmak, kimyasal analizler gerçekleştirmek ve kalite kontrolleri yapmak için küçültülmüş teknolojiyi kullanarak metalürjik test yeteneklerini hareket halindeyken kullanmaya başladı. Portatif cihaz, laboratuvarda iki masa kadar yer kaplayan geleneksel eşdeğeriyle aynı işi hızlı bir şekilde gerçekleştiriyor.

Muhlenkamp, “Ne kadar çabuk iyi veri elde edersek, o kadar çabuk iyi kararlar alabiliriz” dedi.

Geleceğe odaklanan malzeme bilimi

Metalürji uzmanlığında güçlü bir geçmişe sahip olan Timken, şirketin büyüyen portföyünü, gelişen müşteri ihtiyaçlarını ve inovasyon hızını desteklemek için ufkunu genişletmeye devam ediyor.

Timken kısa süre önce seramik yuvarlanma elemanlarına sahip hibrit havacılık ve uzay rulmanlarını piyasaya sürdü. Seramikler, yüksek hızlarda yüksek mukavemet ve havacılık uygulamaları için çeliğe göre daha hafif alternatifler sağlayan benzersiz özelliklere sahiptir.

Timken’in kısa süre önce GGB’yi satın almasıyla şirketin faaliyet alanına polimerler de eklendi ve artık Ar-Ge, temel rulman portföyünün ötesindeki ürünler için malzeme geliştirme ve seçimine daha fazla dahil oluyor. Timken uzmanları, endüstriyel zincir ürünlerinde belirli performans özelliklerini yükseltmek için katmanlı üretimi araştırıyor.

Muhlenkamp ve Grow, Timken teknik yeteneklerini genişletirken, müşteri duyarlılığının gelecekteki yeniliklere ayak uydurmak için odak noktası olmaya devam ettiği konusunda hemfikir.

Muhlenkamp’a göre, “her şey bilgiye ulaşma hızıyla ilgili. Ne kadar çabuk iyi veri elde edersek, o kadar çabuk iyi kararlar alabiliriz.”

”Ve elbette çeviklik,” diye ekledi Grow. “Giderek daha çevik bir üretim şirketi olmak istiyoruz. Ve bunu yapabilecek bilgiye sahibiz.”

Timken müşteri inovasyonu, dünya standartlarındaki Timken Ar-Ge laboratuvarlarımızda yürütülen girişimler tarafından bilgilendirilmektedir. Şirketin rulman performansının modellenmesi ve tahmin edilmesinden yeni ürün testlerine kadar çok çeşitli teknik arayışlara yaptığı yatırımlar hakkında daha fazla bilgi edinin.

Published: 2024/01/15