Los investigadores de Timken, Vikram Bedekar (izquierda) y Rohit Voothaluru, tienen como objetivo mejorar los procesos de fabricación de rodamientos mediante el uso de neutrones en el HB-2B de HFIR. Crédito:ORNL / Genevieve Martin
Los rodamientos se utilizan en muchas aplicaciones comunes, como ruedas, simulacros e incluso juguetes como el popular fidget spinner. Esas aplicaciones y otras similares dependen de los rodamientos para permitir una movimiento eficiente para millones de rotaciones.
Investigadores de The Timken Company, un fabricante líder internacional de rodamientos, están utilizando la dispersión de neutrones en el Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) del Departamento de Energía (DOE) para extender la vida útil de los rodamientos al obtener una mejor comprensión de cómo las tensiones residuales internas creadas durante el proceso de fabricación afectan su rendimiento.
Los rodamientos se fabrican con precisión para tener tolerancias ajustadas y encajar perfectamente y están diseñados para durar muchos años bajo cargas extremas y uso y operación extensos. El rendimiento es especialmente importante en campos como el 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 en Timken. "Todos los procesos por los que pasan, la remodelación y la exposición a altas temperaturas, crean estrés residual. Si tiene mucho estrés, la pieza puede distorsionarse. Podría distorsionar tanto que no se puede usar ni recuperar la pieza ".
En general, La fabricación de rodamientos comienza con acero formado con la forma de un anillo. Próximo, se utiliza un torno para obtener el tamaño deseado. En ese punto, la parte sigue siendo "verde, "dice Bedekar, lo que significa que todavía se considera suave y no está listo para su uso. Luego se aplica un tratamiento térmico para endurecer el material. Finalmente, la pieza se termina utilizando un torno o amoladora para eliminar el exceso de material.
Los neutrones brindan a los investigadores conocimientos únicos sobre la estructura atómica de un material debido a sus propiedades altamente penetrantes. Previamente, los investigadores estaban usando rayos X de laboratorio para observar los cojinetes, pero los investigadores solo pudieron sondear hasta 200 micrones dentro de un rodamiento. Los neutrones les dan la capacidad de mirar secciones enteras de cojinetes a mayores profundidades.
Rodamientos Timken grandes de uso común en aplicaciones industriales. Debido a que los neutrones son altamente penetrantes, pueden sondear metales más profundamente que métodos similares como los rayos X. Cada rodamiento proviene de un paso diferente en el proceso de fabricación. Crédito:ORNL / Genevieve Martin
"Las radiografías estándar no son lo suficientemente fuertes para atravesar una sección, "dijo Bedekar." Los neutrones son la única forma de atravesarlo y ver el interior ".
Usando la facilidad de mapeo de estrés residual de neutrones (NRSF2), HB-2B, en el reactor de isótopos de alto flujo de ORNL (HFIR), los investigadores pudieron trazar un mapa de 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.
"Estábamos buscando qué podemos hacer en términos de mapeo de estrés residual, "dijo Rohit Voothaluru, especialista en desarrollo de productos en Timken. "Llegamos a NRSF2 porque sentimos que podíamos caracterizar toda la gama de muestras y ver las tensiones residuales".
El equipo dice que tienen la intención de utilizar los datos del mapeo de estrés residual para mejorar sus modelos computacionales para mejorar las predicciones de estrés interno y optimizar los procesos de fabricación.
"Finalmente, podemos adaptar el procesamiento o adaptar la tensión residual al rendimiento deseado del rodamiento, "dijo Bedekar.
"Hoy tenemos un modelo computacional que puede proporcionar una dirección cualitativa, ", dijo Voothaluru." Pero para tener un modelo cuantitativo más fundamentalmente impulsado que se base en la física real del proceso, al mismo tiempo que captura la tensión residual del subsuelo en tiempo real, es algo que requiere una amplia validación empírica. Queremos validar nuestro modelo y llevarlo al siguiente nivel ".
