Timken se convierte en neutrones para orientarse en las tensiones internas.

Los rodamientos se utilizan en muchas aplicaciones comunes, como ruedas, taladros e incluso juguetes como el popular hilandero inquieto. Estas aplicaciones y otras similares se basan en los rodamientos para permitir movimientos de rotación suaves y eficientes.
Investigadores de The TimkenCompany, un fabricante internacional líder de rodamientos, están utilizando la neutralización de neutrones en el Laboratorio Nacional de Ridge Ridge (ORNL) del Departamento de Energía (DOE) para extender la vida útil de los rodamientos al comprender mejor cómo afectan las tensiones residuales internas durante el proceso de fabricación. actuación.

Los rodamientos se fabrican con precisión para tener ajustadas tolerancias y encajar perfectamente y están diseñados para durar muchos años en cargas extremas y un uso y funcionamiento extensivos. El rendimiento es especialmente importante en campos como la industria aeroespacial y la minería, donde la seguridad es vital. Sin embargo, las tensiones residuales, que son pequeñas deformaciones elásticas internas en la estructura del material, pueden tener un impacto significativo en la reducción de la vida útil y la confiabilidad de un rodamiento .  

"Las tensiones residuales se generan principalmente por el proceso de fabricación", dijo Vikram Bedekar, un especialista en materiales de Timken. "Todos los procesos por los que pasan, la remodelación y la exposición a altas temperaturas, generan estrés residual. Si tiene muchas tensiones, la parte puede distorsionarse. Podría distorsionar tanto que no puede usar o recuperar la parte".

En general, la fabricación de cojinetes comienza con el acero formado en la forma de un anillo. A continuación, se utiliza un torno para obtener el tamaño deseado. En ese punto, la parte sigue siendo "verde", dice Bedekar, lo que significa que aún se considera suave y no está lista para su uso. Luego se aplica un tratamiento térmico para endurecer el material. Finalmente, la pieza se termina con un torno o un molino para eliminar el exceso de material.

Los neutrones brindan a los investigadores información única sobre la estructura atómica de un material debido a sus propiedades altamente penetrantes. Anteriormente, los investigadores utilizaban rayos X de laboratorio para observar los rodamientos, pero los investigadores solo podían explorar hasta 200 micrones dentro de un rodamiento. Los neutrones les dan La capacidad de mirar secciones enteras de rodamientos a mayores profundidades.

"Los rayos X estándar no son lo suficientemente fuertes como para atravesar una sección", dijo Bedekar. "Los neutrones son la única forma de atravesarlos y ver dentro".

Mediante el uso de Neutron Residual Stress Mapping Facility (NRSF2), HB-2B, en el Reactor de isótopos de alto flujo (HFIR) de ORNL, los investigadores pudieron eliminar las diferentes tensiones internas de cada paso en el proceso de fabricación. Los datos de neutrones les permitieron observar cómo cambia el estado de tensión de un rodamiento con cada iteración. Los investigadores dicen que eligieron usar NRSF2 porque es especialmente adecuado para este tipo de experimento.

"Buscábamos lo que podemos hacer en términos de mapeo de estrés residual", dijo Rohit Voothaluru, un especialista en desarrollo de productos de Timken. "Llegamos a NRSF2 porque sentimos que podríamos caracterizar la totalidad de las muestras y ver las tensiones residuales".

El equipo dice que tienen la intención de utilizar los datos de mapeo de tensión residual para mejorar sus modelos computacionales para mejorar las predicciones internas de tensión y los procesos de fabricación optimizados.

"Eventualmente, podemos adaptar el procesamiento o adaptar el estrés residual al rendimiento deseado del rodamiento", dijo Bedekar.

"Hoy tenemos un modelo computacional que puede proporcionar una dirección cualitativamente", dijo Voothaluru. "Pero tener un modelo cuantitativo basado en la física real del proceso, al tiempo que captura la tensión residual subsuperficial en tiempo real, es algo que requiere una validación empírica extensa. Queremos validar nuestro modelo y llevarlo al siguiente nivel. "

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