Trang chủ > TECH > Thép Boron vật liệu khiến xe này "cứng" hơn xe khác

Thép Boron vật liệu khiến xe này "cứng" hơn xe khác

# TECH | December 11, 2020

Thép là vật liệu chế tạo khung sườn ô tô cơ bản, tuy nhiên luôn có những hãng xe này tốt hơn cứng hơn, đắt tiền hơn xe khác. Lí do vì họ chi tiền nhiều hơn cho loại thép cứng nhất thế giới, là thép Boron. Vậy thép Boron có gì đặc biệt? 

Thép Boron có độ cứng cao gấp 4 lần loại thép cường lực thông thường. Do đó, sự an toàn khi gặp phải tai nạn trực diện hay gián tiếp với các xe khác luôn đảm bảo chiếc xe được bảo vệ khung hình cao hơn. Chưa kể độ ổn định ít vặn xoắn và biến dạng hao mòn khung gầm tốt hơn theo thời gian sử dụng, cho dù xe cũ xấu xí nhưng khung gầm chưa mọt, chưa õng ẹo và xe vẫn chạy chắc nịch.

Boron là một bán kim loại cực kỳ cứng cáp và chịu nhiệt cao, có thể được tìm thấy dưới nhiều dạng khác nhau. Nó được sử dụng rộng rãi trong các hợp chất để tạo ra mọi thứ, từ thuốc tẩy và thủy tinh đến chất bán dẫn và phân bón nông nghiệp, vật liệu đồ dùng thể thao cao cấp và các loại công cụ cắt gọt cơ khí. Riêng với ngành ô tô, thép Boron được sử dụng để chế tạo khung sườn, khung gầm ô tô. Càng ngày thép này càng được gia tăng sử dụng nhiều hơn trong cùng một cấu thành khung xe.

Đặc tính của Boron

  • Cực kỳ cứng và chịu nhiệt, boron là chất dẫn điện kém ở nhiệt độ thấp, nhưng điều này thay đổi khi nhiệt độ tăng.
  • Ở dạng tinh thể, boron là nguyên tố cứng thứ hai trong tất cả các nguyên tố (chỉ sau carbon ở dạng kim cương) và có một trong những nhiệt độ nóng chảy cao nhất.
  • Boron ở dạng tinh thể rất ổn định và không phản ứng với axit.

Công dụng trong thế giới thực của Boron

  • Dụng cụ nấu nướng thủy tinh Pyrex (có pha Boron) được Corning Glass Works đã giới thiệu vào năm 1915.
  • Trong những năm sau chiến tranh, các ứng dụng cho boron đã phát triển để bao gồm một loạt các ngành công nghiệp ngày càng mở rộng.
  • Boron nitride được sử dụng trong mỹ phẩm Nhật Bản.
  • Năm 1951, một phương pháp sản xuất sợi boron đã được phát triển.
  • Trước hậu quả của thảm họa hạt nhân Chernobyl năm 1986, 40 tấn hợp chất boron đã được đổ vào lò phản ứng để giúp kiểm soát sự phóng thích hạt nhân phóng xạ.
  • Hơn 70 tấn nam châm neodymium-iron-boron (NdFeB) hiện được sản xuất hàng năm để sử dụng trong mọi thứ, từ xe điện đến tai nghe.
  • Vào cuối những năm 1990, thép boron bắt đầu được sử dụng trong ô tô để tăng cường các thành phần kết cấu, chẳng hạn như các thanh an toàn.
  • Thép Boron chính là thành phần chính để làm ra các cây gậy đánh Golf
 
Thách thức kỹ thuật khi dùng thép Boron trong Ô tô

Trước tiên việc thêm thép, đặc biệt là thép Boron với lượng vừa đủ, không ảnh hưởng đến khả năng vận hành của chiếc xe (tiết kiệm nhiên liệu, trọng lượng, lực va chạm, lực quán tính,…) luôn là bài toán khó để các kỹ sư thiết kế.

  • Vì tỷ lệ pha trộn thép nếu không chính xác sẽ làm tăng trọng lượng của chiếc xe, tiêu hao nhiều nhiên liệu, gia tăng lực quán tính,…
  • Khi va chạm, người ngồi trong xe sẽ văng ra với lực quán tính rất cao.
  • Nếu tỷ lệ thép boron pha quá nhiều sẽ tạo ra phản lực cao, gây nguy hiểm cho hành khách và người điều khiển.

Boron là loại thép có thể được cán thành những chi tiết mỏng hơn thép thường, nên các chi tiết nhẹ hơn mà không hề giảm độ siêu cứng và chắc chắn. Chúng được sử dụng cùng với thép đồng bộ kép có tính chịu lực cao, giúp bảo vệ bạn trong khi vẫn tiết kiệm nhiên liệu. Trong hình là cấu tạo của vị trí cột B ở giữa khung thân xe Subaru, được chế tạo bằng théo Boron

Thép Boron được nhiều hãng ô tô sử dụng để chế tạo vật liệu khung sườn ô tô (Porsche, Mercedes, Volvo, Ford, Subaru, Lexus…) đảm bảo an toàn cho hành khách và độ biến dạng của chiếc xe khi va chạm.

Ô tô với thép Boron, thép cứng nhất của các loại thép siêu cứng

Đặc biệt nổi tiếng về an toàn là hãng xe Volvo, với niềm tự hào là loại xe được dùng nhiều thép Boron nhất trong sản xuất. Xe Volvo luôn đứng đầu về cứng vững không bị biến dạng nặng trong các vụ va chạm trực diện, với tốc độ cao. Nhiều thử nghiệm cũng như các tai nạn thực tế đã chứng minh. Đối với một vài hãng xe khác, một vụ va chạm với các góc đâm trực diện, chắc chắn đầu xe và khung thân sẽ vò nát. Thế nhưng, những chiếc Volvo có cấu tạo thép Boron thì đa phần là cột A còn nguyên vẹn, không hề hấn gì.

Một chiếc xe tốt, đắt tiền phải làm được hai việc, hấp thụ lực và chịu va đập hay phản lực. Nên nhớ, việc hấp thụ lực là nhiệm vụ của phần đầu xe, với vật liệu mềm ít cứng nhất. Nếu vật liệu ở đây quá cứng, xe sẽ tạo ra phản lực lớn, ném văng người trong xe theo các hướng khi va chạm, tăng rủi ro. Chính điểm này cũng là “mánh” mà nhiều hãng xe phổ thông áp dụng để vẫn đủ an toàn cho người mà vẫn không cần đầu tư tốn tiền cho thép khung xe. Họ sẽ tạo ra phần mũi xe rất trống, rộng nhiều vật liệu mềm dai dễ thay thế.. khi va chạm nhìn rất “tan hoang” nhưng hấp thụ lực chịu thay cho khung xe chính. Vì vậy nếu một chiếc xe khi đâm va mà đầu xe nát bét nhưng cabin còn nguyên vẹn. Thì đó vẫn là một chiếc xe tốt chứ không phải kém.

Và chỉ sau khi đầu xe hấp thụ lực, bộ khung cabin ôm sát hành khách nhất lại phải làm nhiệm vụ ngược lại. Lúc này lực tác động đã giảm đi nên khung phải cứng nhất có thể, nhằm phản lực, giữ cho không gian bên trong không bị biến dạng. Nó phải là tấm khiên bảo vệ vững chắc trước cả khi các túi khí bung ra hết trong nỗ lực cuối cùng cứu sống người ngồi bên trong. Đó cũng là lí do xe đua luôn phải có thêm lồng thép bảo vệ gắn kèm bên trong cabin.

Để làm được bộ khung cabin và các điểm khớp nối, chịu lực khỏe nhất. Người ta trộn vào thép một chất nữa, đó là Boron, với tỷ lệ thường nhỏ hơn 1%. Nhưng chỉ chừng ấy là đủ để tăng độ cứng lên gấp 4 lần các loại thép gia cường thông thường.

Nó có thể chịu được áp lực lên tới 1400 N/mm2 (tương đương áp suất khoảng 203.000 psi).

Boron là một á kim, có sức chịu kéo giãn cao nhất trong các loại vật chất. Bởi vậy người ta trộn boron vào thép nhằm tăng sức chịu lực.

Khoảng giữa những năm 2000, loại thép này được các hãng xe châu Âu sử dụng nhiều. Trong khung xe một chiếc XC70, XC90: 40% là thép boron, nhiều hơn bất kỳ đối thủ nào trong ngành công nghiệp. Nó không chỉ có ý nghĩa bảo vệ khi va chạm chính diện hay va chạm bên hông, mà còn phát huy tác dụng khi xe bị nhào lộn. Volvo nằm trong số ít hãng xe có bài thử nghiệm an toàn bằng cách tạo ra một tình huống mà chiếc xe bị lộn nhiều vòng trên đường.

Những mẫu xe đắt tiền như Porsche Cayenne, Boxster, Merceddes E-class, Subaru, nhất là Volvo, vốn coi an toàn là tiêu chí hàng đầu trong chế tạo xe.

Là vật liệu mà các hãng ô tô luôn hướng tới cũng tồn tại những thách thức: Không thể cắt chúng bằng các công cụ thông thường. Nếu cắt thép Boron bằng máy cắt thông thường hay đèn plasma sẽ không phù hợp với việc cứu trợ khẩn cấp. Thay vào đó, họ cần dùng tới 9 loại kìm cắt chuyên dụng được hỗ trợ bởi các máy cắt thủy lực để tạo ra lực đủ lớn (có thể lên tới 1112 kN ở những vị trí dùng thép boron cứng nhất). Thép Boron cũng rất đắt do kỹ thuật chế tác luyện kim, vì thế kéo theo giá thành xe cao hơn. Tất nhiên giá trị thương hiệu cũng “xịn” hơn. Đó cũng là lí do khuyên bạn đừng bao giờ phát biểu “ngớ ngẩn” kiểu khung xe với vỏ xe cũng là thép, khác gì nhau!

An toàn luôn là xu hướng hàng đầu mà các nhà sản xuất ô tô ngày nay hướng đến. Các loại vật liệu như thép Boron là điều tất yếu để đảm bảo xe hơi ngày càng trở nên an toàn hơn, đặc biệt trong các tình huống va chạm nghiêm trọng. Chúng đồng thời giúp chiếc xe giảm trọng lượng và tối ưu hơn cho vấn đề tiêu thụ nhiên liệu. Tuy nhiên, điều này còn phụ thuộc nhiều vào quy định an toàn tại mỗi quốc gia và đặc biệt là quan điểm lợi nhuận khi tính toán giá thành xe hơi mỗi hãng.

Minh Duy

BÌNH LUẬN

Viết bình luận

Bình luận của bạn sẽ được duyệt trước khi đăng lên