Bài báo cáo cuối kì học phần công nghệ vật liệu mới dùng trên ô tô borat thép boron

Thép Boron rất hữu ích như một nguyên tố hợp kim trong nhiều vật liệu, nhưng trong bài viết này nó sẽ được minh họa như một nguyên tố hợp kim trong thép vì tác dụng của nó trong việc tăn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH BÀI BÁO CÁO CUỐI KÌ HỌC PHẦN: CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU MỚI DÙNG TRÊN Ô TÔ BORAT - THÉP BORON Khoa/viện: Viện đào tạo sau đại học Ngành: Kỹ thuật ô tô Lớp: 23SOT11 LECTURER : TS PHẠM HẢI ĐỊNH STUDENT: NGUYỄN THANH DANH ID : 2341921001 TP HCM, ngày 05 tháng 11 năm 2023 1 LỜI NÓI ĐẦU  Lời đầu tiên chúng em xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến Trường Đại Học Công Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh (HUTECH), Viện đào tạo sau đại học đã tạo điều kiện cho chúng em được học môn công nghệ xe tự hành, môn học này rất hữu ích và hỗ trợ cho chúng em rất nhiều khi làm việc ở các doanh nghiệp Để hoàn thành quá trình nghiên cứu và hoàn thiện báo cáo này, em xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến Thầy TS Phạm Hải Định, thầy đã trực tiếp chỉ dẫn em trong suốt quá trình nghiên cứu Thầy luôn tận tâm hỗ trợ, giúp em giải đáp các thắc mắc trong quá trình làm bài và cho chúng em những lời khuyên, những kiến thức vô cùng quý báu từ thầy để em hoàn thiện báo cáo này Borat – Thép Boron là đề tài em được nhận làm báo cáo môn học Công nghệ vật liệu mới dung trên ô tô, ngành kỹ thuật ô tô tại Trường Đại Học Công Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh Do sự hiểu biết và kiến thức em còn hạn hẹp nên còn nhiều thiếu sót trong bài làm Em mong nhận được lời nhận xét, góp ý chỉnh sửa từ quý thầy, cô để báo cáo của em được chỉnh chu và hoàn thiện tốt hơn Cuối cùng, chúng em xin cảm ơn những thầy TS Phạm Hải Định luôn hỗ trợ em hoàn thành bài báo cáo Xin trân trọng cảm ơn Thầy 2 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 2 MỤC LỤC 3 I ) Giới thiệu 4 II) Boron trong công nghệ vật liệu thép 4 1) Các tính chất cơ bản của Boron 4 2) Độ hòa tan Boron trong sắt nguyên chất 6 3) Các hình dạng có sẵn 9 4) Boron trong thép là nguyên tố hợp kim 10 5) Hiệu ứng làm cứng Boron 11 6) Các ứng dụng của Thép Boron 12 III) Thép Boron trong công nghệ vật liệu dùng trong ô tô 13 1) Gia cố cơ thể và khung .13 2) Cải thiện tầm nhìn bằng thủy tinh Borosilicate 16 3) Borat trong chất lỏng và chất bôi trơn ô tô .17 4) Vai trò của borat trong polyme và cao su 18 IV) Xe điện: Boron trong công nghệ sản xuất EV 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO 22 3 I ) Giới thiệu Xe của chúng ta đang sử dụng là một hệ thống phức tạp được tạo thành từ hàng nghìn bộ phận khác nhau Nhiều bộ phận trong số đó có chứa borat Phục vụ vô số chức năng, borat trong ô tô rất quan trọng để đảm bảo sự an toàn, độ bền, độ tin cậy và chất lượng mà chúng ta phụ thuộc vào để đưa chúng ta đến đích Từ đèn pha, dầu động cơ đến các bộ phận chính của ô tô như thân nhôm, boron là thành phần quan trọng Ở áp suất khí quyển và nhiệt độ 0°C boron là một chất rắn Lượng boron tối ưu phải được thêm vào thép để đạt được độ cứng tối đa, dựa trên kinh nghiệm là khoảng 0,0003 đến 0,0030% B Thép Boron được cung cấp cho các nhà sản xuất thép dưới dạng ferroboron hoặc dưới dạng một trong một số hợp kim độc quyền Sự lựa chọn bổ sung luôn phụ thuộc vào thực tiễn sản xuất thép, hỗn hợp và khối lượng sản phẩm, kinh nghiệm và sở thích của từng nhà khai thác cũng như giá cả Thép Boron rất hữu ích như một nguyên tố hợp kim trong nhiều vật liệu, nhưng trong bài viết này nó sẽ được minh họa như một nguyên tố hợp kim trong thép vì tác dụng của nó trong việc tăng cường độ cứng Boron được thêm vào thép không hợp kim và thép hợp kim thấp để nâng cao mức độ cứng thông qua việc tăng cường độ cứng Ví dụ, Boron được thêm vào thép cắt tốc độ cao, chứa 18%W, 4%Cr và 1%V, nâng cao hiệu suất cắt nhưng làm giảm chất lượng rèn của chúng Bên cạnh đó, Boron rất hữu ích như một nguyên tố hợp kim trong nhiều vật liệu trong ngành công nghiệp ô tô Thép Boron đã đạt được nhiệt độ khoảng 1.350 – 1.400 N/mm2 Do đó, sản phẩm có độ bền cao gấp khoảng 4 lần so với thép cường độ cao thông thường Tuy nhiên, ở đây nó sẽ được minh họa như một nguyên tố hợp kim trong công nghệ cải tiến của thép do có tác dụng tăng cường kết cấu vững chắc II) Boron trong công nghệ vật liệu thép 1) Các tính chất cơ bản của Boron Tên "boron" bắt nguồn từ khu vực ngôn ngữ Armenia-Ba Tư: buraq hoặc burah cho borax, một trong những hợp chất boron được biết đến rộng rãi nhất, cụ thể là natri natri tetraboratedecahydrat Cách đây rất lâu, borax đã được xuất khẩu dưới cái tên "Tincal" từ các hồ muối ở Trung Á đến châu Âu, nơi nó được sử dụng như một chất hỗ trợ trong quá trình hàn và nấu chảy Tỷ lệ boron trong lớp vỏ ngoài của trái đất được ước tính là 10ppm và trong tự nhiên boron không tồn tại ở trạng thái cơ bản mà luôn kết hợp với oxy Các khoáng chất có chứa boron quan trọng nhất về mặt kỹ thuật là: Borax (Tincal): Na2O x 2B2O3 x 10H2O; Tincalconit: Na2O x 2B2O3 x 5H2O; 4 Kernit (Rasorit): Na2O x 2B2O3 x 4H2O; Boraxit: 5MgO x MgCl2 x 7B2O3; Colemanit: 2CaO x 3B2O3 x 5H2O; Sassolin: B2O3 x 3H2O Các mỏ boron lớn nhất nằm ở Kazakhstan, California, Argentina và Thổ Nhĩ Kỳ Boron được sản xuất thành công lần đầu tiên vào năm 1808 bởi H Davy ở dạng vô định hình Boron là phi kim duy nhất thuộc nhóm chính thứ ba của bảng tuần hoàn Ở áp suất khí quyển và nhiệt độ 0°C boron là một chất rắn Nó có sáu đồng vị, một số trong đó có tính phóng xạ với thời gian bán phân rã rất ngắn, dưới 1 giây Một số tính chất quan trọng nhất của boron được liệt kê trong bảng 1, 2 và 3 Sửa đổi Vô định hình Tinh thể Màu sắc Đen-Xám Giai đoạn Nâu Nhiệt độ xuất hiện, °C γ Loại lưới α β 1100-1300 800-1100 ≥1300 tứ giác hình thoi a=1,789 nm b=0,895 nm c=1,015 nm Table 1: Boron: Dữ liệu cấu trúc Mật độ, g/cm Vô định hình Tinh thể Độ cứng 1.73 α mod 2.46 Độ bền kéo, MPa β mod 2.35 Cường độ nén, MPa 9.3 γ mod 2.37 Mô đun đàn hồi, MPa amorphous 1.6-2.4 fibres 2.6-3.1 0.5 440 Table 2: Boron: tính chất cơ học 5 Điểm cháy, °C 20-750 70 Điểm nóng chảy, °C 2300 2550 Điểm sôi, °C 1.1- 8.3 nm/m.k Hệ số giãn nở nhiệt 34900 kg/kg Ẩn nhiệt bay hơi 22000 kJ/kg Ẩn nhiệt của phản ứng tổng hợp 5.4 kJ/kg Ẩn nhiệt đốt cháy D= 0.002 e-21000RT Hệ số khuếch tán trong γ-Fe for t=1000 C : D=0.002 Table 3: Boron: dữ liệu nhiệt động Theo P.E Brushby và cộng sự tốc độ khuếch tán boron giống như tốc độ khuếch tán carbon (hệ số khuếch tán D=0,002e-21000/RT) Với hàm lượng carbon lên tới 0,43%, độ hòa tan của boron trong mạng austenite không phụ thuộc vào hàm lượng carbon Sự khuếch tán carbon không bị ảnh hưởng với hàm lượng boron lên tới 0,009% 2) Độ hòa tan Boron trong sắt nguyên chất Có nhiều ý kiến khác nhau về vị trí của các nguyên tử boron trong mạng tinh thể sắt Dựa trên việc so sánh hệ số khuếch tán của carbon và boron, Jandeska và I.J.Morral đã kết luận rằng các nguyên tử boron bị hòa tan xen kẽ trong mạng γ-Fe C.C McBride, J.W Spretnak, R.Speiser đã đạt được kết quả tương tự dựa trên việc so sánh xem xét lý thuyết về bán kính nguyên tử boron và khoảng cách giữa các nguyên tử trong mạng γ-Fe Tuy nhiên, những cân nhắc hình học này bỏ qua các cơ chế liên kết vật lý và hóa học R.M.Goldhoff và J.W.Spretnak đã phát hiện ra bằng các phép đo độ lệch tia X rằng thông số mạng trong sắt gamma bị giảm khi có mặt boron Họ coi đây là bằng chứng về sự hòa tan thay thế của các nguyên tử boron trong mạng austenite Do bán kính nguyên tử của boron và sắt, họ coi vị trí của các nguyên tử boron tại các vị trí mạng tinh thể thuận lợi hơn ở các vị trí mạng trung gian Họ cũng phát hiện ra rằng sự khác biệt giữa các thông số mạng của sắt nguyên chất và sắt chứa boron giảm khi nhiệt độ tăng Từ đó, họ kết luận rằng khi nhiệt độ tăng lên, nhiều nguyên tử boron di chuyển từ mạng tới các ranh giới hạt, nơi thực tế đã tìm thấy sự phân tách boron Tuy nhiên, các tác giả này không loại trừ khả năng một số lượng nhỏ nguyên tử boron cũng có thể chiếm giữ các vị trí mạng trung gian Có một số công trình khác nhau trên hệ nhị phân Fe-B Hình 1 thể hiện một sơ đồ do 6 O.Kubaschevsky chuẩn bị Nó cho thấy hai eutectic, một loại có 17% nguyên tử boron, loại còn lại có 63,5% boron Hình 1: Sơ đồ pha Kubaschewsky Fe-B Trong phạm vi giữa hai Eutectic này, nhiệt độ chất lỏng thay đổi trong khoảng 1149°C, nhiệt độ eutectic ở mức 17% nguyên tử boron và 1590°C đối với hợp kim có 50% nguyên tử boron Theo đó, nhiệt độ nóng chảy của sắt có thể giảm hơn 150°C đến mức tối đa là 350°C (ở mức 17% nguyên tử boron) bằng cách thêm từ 5 đến 30% nguyên tử bor Bằng cách tăng tỷ lệ boron trong ferroboron từ Eutectic thứ hai, nhiệt độ chất lỏng tăng đều đặn và gần như tuyến tính cho đến nhiệt độ nóng chảy của boron nguyên chất Theo đó, trong sơ đồ trên, borit sắt (FeB) có 16,23% khối lượng boron, có mạng tinh thể hình thoi và có độ cứng cực cao 2300 HV0,2 Sắt-II-borua (Fe2B) có 8,83% khối lượng boron, mạng tứ giác và độ cứng từ 1800 đến 2000 HV0,2 (tốt nhất là tránh FeB) Nhiều tác giả đã nghiên cứu chính xác hơn về hệ nhị phân sắt/boron ở góc giàu sắt Theo sơ đồ pha nhị phân Fe-B của Houndremon (Hình 2), ở vùng nồng độ boron thấp, độ hòa tan tối đa của boron là 0,021% ở 1149°C Trong khi đó, 7 khi nhiệt độ giảm, độ hòa tan của nó cũng giảm, xuống tới 0,0021% ở 906°C Đồng thời nhiệt độ này là perytectoid cho phản ứng perytectoid ở 0,0082%B Độ hòa tan của boron trong γ-Fe giảm đột ngột và ở 710°C chỉ có khoảng 0,0004% boron được hòa tan một cách chủ yếu “ Eutectics là một thuật ngữ trong lĩnh vực hóa học và vật liệu Nó thường được sử dụng để chỉ một phần hợp nhất của các chất hoặc nguyên tố hóa học trong một mức hợp lý có nhiệt độ thấp hơn các phần hợp hợp khác trong mức hợp hợp đó Hợp phần này được gọi là thành phần eutectic và nhiệt độ tạo thành nó được gọi là nhiệt độ eutectic Ví dụ, trong hợp kim và hợp chất, eutectic là một thành phần có nhiệt độ thấp nhất trong men hợp lý, nơi mà các thành phần khác được tạo thành thành công Khi đạt đến nhiệt độ eutectic, nòng hợp sẽ tạo thành một cấu trúc tinh thể đặc biệt.” Hình 2: Biểu đồ Fe-B pha cân bằng cho nồng độ boron thấp J.W.Spretnak đã nghiên cứu xem liệu boron có thể tạo thành một lớp màng bao quanh hạt austenit trong thép hay không và kết luận trên cơ sở các cân nhắc về mặt hình học rằng điều đó là không thể Thay vào đó, họ phát hiện ra một điểm kết tủa Fe2B ở ranh giới hạt Trong thép, boron có thể được phân tán trong ma trận ở dạng Fe2B, boride có kích thước từ 20 đến 30x10-8 cm và ở dạng tự do, phân tách chủ yếu xung quanh ranh giới hạt austenite chính Lượng nhỏ boron hòa tan này được sắp xếp dọc theo ranh giới hạt, rõ ràng là làm chậm quá trình biến đổi γ-α bằng cách khuếch tán, cụ thể là nó ngăn chặn phản ứng ferit 8 do đó tăng cường độ cứng của thép Lượng boron tối ưu phải được thêm vào thép để đạt được độ cứng tối đa, theo kinh nghiệm là khoảng 0,0003 đến 0,0030% B Việc bổ sung boron vượt quá các giá trị đã đề cập sẽ làm giảm độ cứng do lượng nguyên tử boron dư thừa kết tủa khi khối lập phương tâm bề mặt Fe23(CB) )6 borocarbide có thể là nơi ưu tiên tạo mầm ferit 3) Các hình dạng có sẵn Boron được cung cấp cho các nhà sản xuất thép dưới dạng ferroboron hoặc dưới dạng một trong một số hợp kim độc quyền Sự lựa chọn bổ sung luôn phụ thuộc vào thực tiễn sản xuất thép, hỗn hợp và khối lượng sản phẩm, kinh nghiệm và sở thích của từng nhà khai thác cũng như giá cả Nhà sản xuất thép nên chọn tác nhân bổ sung mang lại khả năng thu hồi cao nhất và đáng tin cậy nhất phù hợp với tính kinh tế tổng thể của xưởng nấu chảy của mình Ferroboron là chất bổ sung có chi phí thấp nhất Hàm lượng boron tương đối cao: các loại tiêu chuẩn được bán với hàm lượng boron tăng dần từ 12 đến 24% B Các tạp chất chính là carbon (0,10-1,5%), silicon (0,30-4,0%) và nhôm (0,5-8,0%) Một phân tích điển hình sẽ bao gồm 18,0% B, 0,50% C, 0,50% Si, 0,2% Al, 0,03% P và 0,01% S Tất cả ngoại trừ boron đều là giá trị tối đa Sản phẩm được cung cấp ở dạng cục, 2 inch hoặc 1 inch x xuống, được đóng gói trong thùng thép 250 kg hoặc 500 lb hoặc siêu bao (túi số lượng lớn) có sức chứa lên tới 3000 lb (1360 kg) Nhiều khách hàng áp dụng giới hạn kích thước tối thiểu, chẳng hạn như 5 mm (0,2 in.), để giảm thiểu lượng vật liệu mịn, có thể mang lại khả năng thu hồi kém trong các phương pháp nấu chảy được kiểm soát kém hơn Ferroboron cũng có sẵn ở dạng dây có lõi Vì ferroboron không chứa nồng độ đáng kể các yếu tố bảo vệ nên nó cần được chăm sóc kỹ hơn so với các hợp kim độc quyền để mang lại kết quả đầy đủ và nhất quán Nó thường được thêm vào sau các chất loại bỏ oxy/nitơ khác, chẳng hạn như ferrotitanium Các chất bổ sung boron độc quyền đắt hơn ferroboron trên cơ sở chi phí ban đầu nhưng thường được ưa thích vì hiệu quả cao hơn, dễ sử dụng và kết quả nhất quán hơn Tất cả sẽ chứa các chất thải oxy và/hoặc nitơ với tỷ lệ khác nhau như titan, nhôm, silicon và zirconi Những nguyên tố này thường có ái lực với oxy và nitơ lớn hơn boron Chất bổ sung độc quyền phổ biến nhất thường chứa 2,0% B, 15% Al, 30% Ti, 10% Si, bal Fe Tỷ lệ chất tẩy/boron cao của sản phẩm này đảm bảo hiệu quả của nó đối với tất cả các loại thép boron, miễn là trước tiên chúng đã được khử oxy đầy đủ Hiện có sẵn nhiều loại hợp kim bổ sung boron độc quyền có thành phần khác, với hàm lượng boron thay đổi từ 0,5% đến 4% Nói chung, tỷ lệ boron và các nguyên tố nhặt rác càng cao thì càng cần phải cẩn thận để đảm bảo thu hồi đủ boron trong thép Các chất bổ sung boron độc quyền được bán ở dạng cục 1-1/4 inch và 2 inch x trở xuống, được đóng gói trong túi, lon hoặc thùng lớn 9 4) Boron trong thép là nguyên tố hợp kim Boron rất hữu ích như một nguyên tố hợp kim trong nhiều vật liệu, nhưng ở đây nó sẽ được minh họa như một nguyên tố hợp kim trong thép vì tác dụng của nó trong việc tăng cường độ cứng Boron được thêm vào thép không hợp kim và thép hợp kim thấp để nâng cao mức độ cứng thông qua việc tăng cường độ cứng Ví dụ, Boron được thêm vào thép cắt tốc độ cao, chứa 18%W, 4%Cr và 1%V, nâng cao hiệu suất cắt nhưng làm giảm chất lượng rèn của chúng Việc bổ sung boron với lượng lên tới 0,01% vào thép austenit cũng giúp cải thiện độ bền nhiệt độ cao của chúng Thép Boron được sử dụng làm thép xây dựng chất lượng cao, có thể xử lý nhiệt, thép để cacbon hóa và thép tạo hình nguội như thép làm ốc vít Việc bổ sung từ 5 đến 50 ppm B vào thép ferritic chứa 14 đến 18% Cr có thể cải thiện chất lượng bề mặt của dải không gỉ bằng cách tránh các lỗi, chẳng hạn như cặn, gân dây và đường gờ, thường xảy ra trong sản xuất dải Tác dụng cơ bản của boron đối với thép là tăng cường độ cứng, điều này thể hiện rõ ở nồng độ rất nhỏ, khoảng 0,0010% boron Nó được thêm vào thép không hợp kim và thép hợp kim thấp để tăng cường độ cứng thông qua độ cứng Ngay cả với số lượng nhỏ có kích thước lên tới 100 ppm, boron mang lại tác dụng tăng cường độ cứng tương tự như các nguyên tố đắt tiền khác phải được thêm vào với số lượng lớn hơn nhiều Ví dụ, việc bổ sung 30 ppm B trong SAE sẽ thay thế khoảng 1%Ni, 0,5%C, 0,2%Mn, 0,12%V, 0,3%Mo hoặc 0,4%Cr Hình 1: Độ cứng của thép do Boron tác động 10 Hình 1 thể hiện đường cong độ cứng của thép hợp kim thấp boron (13MnCrB5) so với thép không có boron (16MnCr5) Việc bổ sung 30 ppm boron vào thép chứa khoảng 0,15% C, 1% Mn và 0,9% Cr cho thấy độ cứng tăng rõ rệt gần 50% đến độ sâu lớn hơn so với bề mặt so với trường hợp thép có thành phần giống hệt nhau , nhưng không có boron (xem Hình 1) Theo cùng các tác giả, không có sự khác biệt về độ cứng trên bề mặt giữa thép chứa boron và thép không chứa boron, điều này cũng có thể được thấy trong Hình 1 Theo đó, độ cứng ban đầu do đó được xác định không phải bởi boron mà bởi trạng thái cấu trúc martensitic chịu ảnh hưởng của hàm lượng cacbon Tác dụng tăng cường độ cứng của boron chỉ phát huy tác dụng bên dưới bề mặt Cơ chế có tính quyết định đối với việc tăng cường độ cứng của boron là sự chậm trễ trong quá trình chuyển đổi sang các cấu trúc bainite, ferrite và Pearlite vốn mềm hơn martensite Trừ khi bị boron ngăn cản, những cấu trúc mềm hơn này sẽ được hình thành trong quá trình làm nguội từ nhiệt độ austenit hóa, sau khi ủ hoặc gia công nóng 5) Hiệu ứng làm cứng Boron Một đặc điểm nổi bật của thép boron là sự cải thiện độ cứng được tạo ra bằng cách bổ sung một lượng boron dù chỉ một phút Người ta thường chấp nhận rằng đỉnh độ cứng đạt được khi lượng boron nằm trong khoảng từ 3 đến 15 ppm Khi có một lượng boron quá mức (>30 ppm), các thành phần boron trở nên tách biệt trong ranh giới hạt austenite, điều này không chỉ làm giảm độ cứng mà còn có thể làm giảm độ dẻo dai, gây giòn và tạo ra độ giòn nóng Ảnh hưởng của boron đến độ cứng cũng phụ thuộc vào lượng carbon trong thép Tác dụng của boron tăng tỷ lệ nghịch với tỷ lệ phần trăm của carbon hiện diện Boron phải ở trạng thái nguyên tử để cải thiện độ cứng, điều đó có nghĩa là phải cẩn thận trong quá trình sản xuất thép để boron có hiệu quả Boron cũng có thể trở nên kém hiệu quả nếu trạng thái của nó bị thay đổi do xử lý nhiệt không đúng cách Ví dụ, phải tránh nhiệt độ austenit hóa cao cũng như khoảng nhiệt độ nơi xảy ra kết tủa boron nhất định Độ cứng phụ thuộc nhiều vào hoạt động của oxy, carbon và nitơ có trong thép Bo phản ứng với oxy tạo thành boron oxit (B2O3); với cacbon tạo thành boncementit sắt (Fe3(CB)) và boroncarbua sắt (Fe23(CB)6); và với nitơ để tạo thành boron nitrit (BN) Sự mất boron do oxy được thể hiện bằng cách bổ sung boron vào thép đã khử bằng nhôm-silic và bằng cách sử dụng các phương pháp làm khuôn và muôi tốt Các chất tạo nitrit mạnh (titan, nhôm và zirconi) bảo vệ boron khỏi phản ứng với nitơ Ví dụ, nếu cố định nitơ bằng cách sử dụng titan, độ cứng đạt yêu cầu sẽ đạt được ở khoảng nhiệt độ lên tới 1830°F (1000°C) với điều kiện là thép chứa khoảng 5-20 ppm boron Độ cứng của thép boron cũng liên quan chặt chẽ đến điều kiện austenit hóa và thường được cho là giảm khi nung ở nhiệt độ trên 1830°F (1000°C) Thép Boron cũng phải được tôi luyện ở nhiệt độ thấp hơn các loại thép hợp kim khác có cùng độ cứng 11 6) Các ứng dụng của Thép Boron Thép Boron được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau, làm vật liệu chống mài mòn và làm thép kết cấu cường độ cao Thép cacbon-mangan-boron thường được chỉ định thay thế cho thép hợp kim vì lý do chi phí: Thép C-Mn-B rẻ hơn nhiều so với thép hợp kim có độ cứng tương đương Các ứng dụng của loại thép này bao gồm các bộ phận cào đất, liên kết đường ray, con lăn, bánh xích truyền động, các bộ phận trục và trục khuỷu Thép hợp kim Boron được chỉ định khi thành phần cơ bản đáp ứng các yêu cầu về đặc tính cơ học (độ dẻo dai, khả năng chống mài mòn, v.v.), nhưng độ cứng không đủ cho kích thước tiết diện dự kiến Thay vì yêu cầu loại thép có độ hợp kim cao hơn và do đó đắt tiền hơn, người dùng có thể chỉ định loại boron tương ứng, từ đó đảm bảo độ cứng phù hợp Lĩnh vực sử dụng boron đang được mở rộng là lĩnh vực thép hợp kim thấp cường độ cao (HSLA) và các loại thép kết cấu khác Chúng có thể được cung cấp dưới dạng cán nóng hoặc được tôi luyện và tôi luyện (đối với các loại boron, loại thứ hai phổ biến hơn) Boron đảm bảo độ cứng thích hợp ở các phần tấm nặng hơn Boron đôi khi được sử dụng trong thép không được xử lý nhiệt Ferroboron có thể được thêm vào như một chất tẩy nitơ có chủ ý trong thép cacbon để làm nguyên liệu cho ô tô Bằng cách tránh nitơ xen kẽ, boron làm cho thép dễ tạo hình hơn Nhôm đôi khi được sử dụng cho mục đích tương tự, nhưng AlN kết tủa chậm hơn nên đòi hỏi nhiệt độ ủ cao hơn Việc bổ sung Boron làm cho thép dễ tạo hình hơn và loại bỏ nhu cầu ủ để hạn chế lão hóa do biến dạng Boron có khả năng hấp thụ neutron cao Vì lý do này, nó được thêm vào một số loại thép không gỉ để sử dụng trong ngành công nghiệp hạt nhân Mức boron 4% trở lên đã được sử dụng, nhưng việc thiếu độ dẻo nóng và khả năng hàn có nghĩa là hàm lượng boron từ 0,5 đến 1,0% phổ biến hơn cho ứng dụng hấp thụ neutron Tuy nhiên, ngay cả ở hàm lượng boron này, ferroboron phải có độ tinh khiết cao nhất Loại thép cacbon trung bình này với việc bổ sung boron có chủ ý giúp cải thiện độ cứng trong quá trình xử lý nhiệt (Boron 922, C=0,25-0,30% và Boron 921, C=0,38-0,42%) Được làm cứng bằng cách ủ sau khi làm nguội bằng dầu hoặc nước, thép boron có độ cứng tương đương với thép cacbon cao hơn nhiều và thép hợp kim thấp đắt tiền hơn Ưu điểm của thép boron là; khả năng tạo hình nguội được cải thiện, độ cứng được cung cấp thấp hơn giúp cải thiện tuổi thọ của dụng cụ đột bao hình, khả năng hàn được cải thiện do lượng cacbon tương đương thấp, nhiệt độ ram thấp hơn giúp tiết kiệm năng lượng và phản ứng làm cứng vỏ tốt Các ứng dụng điển hình bao gồm toecaps và chuỗi Loại thép boron sử dụng trên xe ô tô ngày nay có độ bền cực cao Thép boron được sử dụng trên xe Volvo có điểm chảy dẻo khoảng 1.350-1.400 MPa (196.000-203.000 psi) Mạnh hơn khoảng bốn lần so với thép cường độ cao trung bình Nhưng quy trình được sử dụng để làm cho nó bền chắc như vậy sẽ làm mất đi một số đặc tính dễ gia công của thép, chẳng hạn như khả năng làm thẳng nó Hiện tại, thép boron chủ yếu được tìm thấy trên các phương tiện ở châu Âu, chẳng hạn như bảng điều khiển trên chiếc SUV Porsche Cayman 2002, thanh an toàn quanh hàng ghế sau trên chiếc Porsche Boxster 2003, dầm bảo vệ cửa trên chiếc Porsche 911 Carrera 2003 và cột B bên trong của Mercedes-Benz E Class 2003 12 Volvo có lẽ sử dụng thép boron nhiều nhất Boron được sử dụng để gia cố thanh cản và dầm bảo vệ trên xe sedan Volvo S40 2004 và xe ga V50 2005 Chiếc SUV Volvo XC90 2003 có một số ứng dụng của thép boron, bao gồm các phần gia cố bên trong cột B, phần mui giữa các cột B (nếu không có cửa sổ trời) và các tấm thân phía sau bên trong S80 1999-2004 và V70 và S60 2001-2004 cũng có các tấm thân sau bên trong và bên ngoài bằng thép boron III) Thép Boron trong công nghệ vật liệu dùng trong ô tô Nhiều thép hơn có nghĩa là có nhiều sự bảo vệ hơn Nhưng câu hỏi hóc búa là làm cách nào để cung cấp một sự bảo vệ bổ sung mà không tăng thêm trọng lượng khiến chúng ta phải tiết kiệm nhiên liệu? Sau khi tìm đến ngành hàng không vũ trụ để tìm câu trả lời và cuối cùng tìm thấy nó ở Thép boron Thép Boron được sử dụng trong sản xuất hoặc chế tạo nhiều bộ phận ô tô Boron trong thủy tinh và sợi thủy tinh dệt dùng làm kính chắn gió, đèn pha kín, bóng đèn halogen và các bộ phận kết cấu composite nhẹ Boron trong chất lỏng và chất bôi trơn công nghiệp dùng cho chất chống đông, dầu phanh, phụ gia nhiên liệu, hệ thống thủy lực, dầu và các chất bôi trơn khác Boron trong Kim loại và Vàng về cách bổ sung boron trong quá trình sản xuất thép và nhôm để tạo ra các hợp kim cứng, chống ăn mòn được sử dụng trong khung ô tô 1) Gia cố cơ thể và khung Các nhà sản xuất ô tô đã phản ứng với luật an toàn phương tiện mới và giá nhiên liệu cao hơn một phần bằng cách tăng độ cứng của thân xe và giảm trọng lượng Đó là một điều tốt cho sự an toàn và tiết kiệm nhiên liệu Những mục tiêu này đã đạt được bằng cách kết hợp kỹ thuật, phát triển vật liệu và sản xuất Thép tiên tiến, quy trình tạo hình mới và các khái niệm ép mới đã được áp dụng để giảm trọng lượng và cải thiện khả năng va chạm Thép Boron đóng một vai trò thiết yếu ở đây 13 Boron là UHSS (Thép cường độ siêu cao) và là một phần của họ thép Martensitic (biểu đồ: MART) Có nhiều loại và tên của loại thép này và Boron chỉ là một Thép Martensitic được đặc trưng bởi độ bền và không linh hoạt Vì vậy, không dễ để ép chúng thành những hình khối, đường cong cực chất Chúng được tìm thấy trong các chất tăng cường nằm phía sau các tấm khác Thép Boron cực kỳ bền nhưng cũng rất nhẹ Ngành công nghiệp ô tô từ lâu đã quan tâm đến việc sử dụng boron làm hợp kim Việc sản xuất thép làm từ boron có thể được thực hiện bằng các vật liệu ít tốn kém hơn so với sử dụng hợp kim khác Nó thường được sử dụng để tăng thêm sức mạnh cho khung xe, mui xe, trụ trung tâm, khung xe, thanh gia cố cửa, thanh an toàn, trụ bên trong, bảng điều khiển và các thành phân ngang của bảng điều khiển Boron có thể có hiệu quả ngay cả ở mức thấp - 30ppm boron có thể thay thế 0,4% Cr, 0,5% C hoặc 0,12% V Ngoài ra, 30ppm boron đã được chứng minh là làm tăng độ sâu đông cứng của thép hợp kim thấp (+50%) Trong thép SAE, một phân tử của hợp chất boron mang lại mức độ tăng cường độ bền tương tự như một nguyên tử đơn lẻ của các nguyên tố đắt tiền hơn Xe châu Âu là những nơi đầu tiên sử dụng thép boron (dầm ngang của Porsche Cayman SUV 2002 và thanh an toàn quanh hàng ghế sau trên Porsche Boxster 2003), dầm gia cố cửa trên Porsche 911 Carrera 2003, trụ giữa bên trong Mercedes-Benz E Class 2003 ) Volvo sử dụng nhiều loại thép boron nhất (Gia cố cản, dầm đỡ cửa, giá đỡ ghế tựa cho xe sedan Volvo S40 2004 và xe ga Volvo V50 2005) Các ứng dụng bổ sung của boron trong chiếc SUV Volvo XC90 2003 bao gồm các trụ kính chắn gió, các thanh nẹp ở các trụ trung tâm tiếp xúc với bệ cửa và rãnh bên cũng như các tấm thân phía sau Năm 2004, thép boron được hầu hết các nhà sản xuất xe trên toàn thế giới sử dụng 14 Trước nhu cầu ngày càng tăng về những chiếc ô tô nhẹ hơn và tiết kiệm nhiên liệu hơn, các nhà sản xuất đang thay thế các bộ phận thân xe bằng kim loại bằng các bộ phận composite a) An toàn hơn, tiết kiệm hơn · Thép Boron là loại thép có độ bền cực cao và được sử dụng cùng với thép hợp kim thấp và thép hai pha để bảo vệ bạn trong khi vẫn tiết kiệm nhiên liệu · Năng suất cao và độ bền kéo của chúng cho phép tạo thành các hình dạng phức tạp có thể hàn vào các khu vực chính, chẳng hạn như cột và thanh cản, để cung cấp 'ô an toàn' không tăng thêm trọng lượng và sử dụng nhiều nhiên liệu hơn b) Siêu nhẹ, siêu bền · Bởi vì nó có thể được hàn thành các bộ phận mỏng hơn thép thông thường nên nó nhẹ hơn trong khi vẫn siêu bền và cứng · Thép Boron được sử dụng trong dầm cửa của tất cả các xe Ford giúp bảo vệ hành khách trong trường hợp có tác động phụ Nó cũng được sử dụng ở những khu vực chính trên các mẫu máy cụ thể, tùy thuộc vào kích thước và cách sử dụng của chúng 15 2) Cải thiện tầm nhìn bằng thủy tinh Borosilicate Một trong những ứng dụng borat được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là sản xuất thủy tinh borosilicat Bao gồm silica và 5-20% oxit boric (boron trioxide), thủy tinh borosilicate được đánh giá cao vì độ bền và khả năng định dạng của nó Nó cũng có khả năng chịu nhiệt, hóa chất, va đập và trầy xước a) Đèn pha kín và bóng đèn halogen Các nhà sản xuất ô tô sử dụng thủy tinh borosilicat trong đèn pha kín và bóng đèn halogen cho ô tô của bạn Chất lượng cao và tính nhất quán là rất quan trọng trong sản xuất thủy tinh dùng cho đèn chiếu sáng và bóng đèn Các nhà sản xuất thủy tinh phải đảm bảo rằng họ đang bổ sung loại và lượng borat thích hợp cho công thức của mình, nếu không, họ có nguy cơ có hiệu suất nóng chảy không đồng đều, ảnh hưởng tiêu cực đến các tính chất hóa học và vật lý của thủy tinh thành phẩm b) Màn hình cảm ứng và hiển thị Các nhà sản xuất ô tô đang tìm cách lôi kéo người tiêu dùng cung cấp công nghệ tiên tiến bên trong ô tô như màn hình cảm ứng với tính năng định vị và giải trí Thủy tinh borosilicate chuyên dụng được sử dụng trong sản xuất màn hình tinh thể lỏng bóng bán dẫn màng mỏng (TFT LCD) vì nó tạo thành màn hình mỏng hơn và nhẹ hơn, một điểm bán hàng chính trên thị trường 16 c) Kính và cửa sổ trời Thủy tinh borosilicate có tính linh hoạt cao BOROFLOAT® có vô số đặc tính vượt trội khiến nó trở nên lý tưởng cho kính dán nhiều lớp Nó không chỉ có độ trong suốt và khả năng chịu nhiệt đặc biệt mà còn có độ bền hóa học cao và độ bền cơ học tuyệt vời 3) Borat trong chất lỏng và chất bôi trơn ô tô Nhiệt độ, ăn mòn và cặn bùn là một trong những kẻ thù chính của ô tô Để ngăn chúng gây ra thiệt hại lớn, các nhà sản xuất sử dụng borat trong chất lỏng ô tô bao gồm dầu động cơ, chất lỏng thủy lực, phụ gia nhiên liệu, chất bôi trơn và chất chống đông a) Phụ gia nhiên liệu ACID BORIC có thể đóng vai trò như một chất phụ gia bôi trơn trong nhiên liệu, có thể làm giảm ma sát bên trong pít-tông ô tô của bạn Ít ma sát hơn có nghĩa là động cơ của bạn sẽ mất ít năng lượng hơn và chạy hiệu quả hơn Khi este borat được đưa vào phụ gia nhiên liệu, chúng giúp giữ sạch bộ chế hòa khí và ngăn ngừa hiện tượng bốc cháy trước b) Dầu động cơ Không ai muốn bùn tích tụ trong động cơ ô tô của mình Trong dầu động cơ, boron cải 17 thiện đặc tính bôi trơn và ngăn ngừa hình thành cặn c) chất chống đông Ngoài việc bảo vệ động cơ trong điều kiện thời tiết cực lạnh, chất chống đông còn giúp động cơ không bị quá nóng Borat được sử dụng trong các giải pháp chống đông được tìm thấy trong hầu hết các bộ tản nhiệt ngày nay mang lại những lợi ích sau: + Điểm đóng băng thấp + Điểm sôi cao + Ức chế ăn mòn + Truyền nhiệt hiệu quả + Độc tính thấp d) Dầu phanh Dầu phanh thủy lực nhạy cảm với độ ẩm Nếu nhiệt độ tăng quá điểm sôi của dầu, người lái xe có thể bị mất lực phanh - còn gọi là hiện tượng khóa hơi Este borat được sử dụng trong một số loại dầu phanh để hạ thấp điểm sôi và ngăn ngừa hiện tượng khóa hơi 4) Vai trò của borat trong polyme và cao su a) Polyme Trong ô tô, polyme được tìm thấy trong nhiều hệ thống, bao gồm hệ thống điện của ô tô (dây và cáp), thảm và vải bọc, cũng như xốp cách nhiệt Tuy nhiên, polyme cực kỳ dễ cháy và bất kỳ sản phẩm nào sử dụng polyme đều có thể được hưởng lợi từ các hợp chất borat chuyên dụng có thể hoạt động như chất chống cháy và thúc đẩy sự hình thành than Borat thường được tìm thấy trong nhiều loại chất phụ gia chống cháy để ngăn polyme bắt lửa và cháy Khả năng chống cháy ngày càng quan trọng khi mức độ phổ biến của xe điện ngày càng tăng Những phương tiện này chứa nhiều dây, cáp và đầu nối hơn so với các phương tiện không dùng điện Thêm vào đó, ắc quy của xe điện có nguy cơ cháy nổ cao hơn b) Lốp xe Trong lốp xe, borat thúc đẩy sự bám dính giữa đai cao su và thép Việc thêm kẽm borat vào thành phần cao su của lốp sẽ tạo ra độ bám dính chắc chắn và bền bỉ với phần kim loại của lốp 18 IV) Xe điện: Boron trong công nghệ sản xuất EV Thế giới đang chuyển sự chú ý sang việc giảm lượng khí thải carbon và xe điện đóng một vai trò quan trọng Những phương tiện này yêu cầu pin lithium-ion dựa trên hợp chất borat để đảm bảo an toàn, hiệu suất và tuổi thọ cao Borat được tìm thấy trong dung dịch điện phân cho phép tụ điện của pin lithium-ion tạo ra và giữ điện tích – khiến chúng không thể thiếu trong sản xuất pin Điều thú vị là lithium và boron được tìm thấy ở những vùng địa chất tương tự nhau Hiện tại, nhóm Borax Hoa Kỳ đang nghiên cứu một phương pháp đột phá để chiết xuất lithium từ đá thải tại HOẠT ĐỘNG BORON, CALIFORNIA Hoạt động kinh doanh Vật liệu Pin của đang giúp giải quyết các vấn đề quan trọng của thế giới trên hành trình chung hướng tới khử cacbon Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của thế giới về vật liệu pin đặc biệt là khi nó chuyển sang sử dụng rộng rãi hơn xe điện Borax của Hoa Kỳ, một công ty của Rio Tinto và là một phần của danh mục Vật liệu Pin, cung cấp khoảng 30% sản lượng của thế giới Borat tinh chế và có lịch sử đáng tự hào kéo dài hơn 150 năm Borat có nhiều ứng dụng đa dạng trong sản xuất xe điện – và rất cần thiết cho hiệu quả, độ an toàn và hiệu suất tổng thể của xe điện Hãy nhìn xung quanh chiếc EV dưới đây để biết Borat được sử dụng ở đâu A) Borates được thêm vào nhôm và thép làm thân xe và khung hợp kim mạnh hơn và có khả năng chống ăn mòn cao hơn 19 B) Thiết kế EV thường yêu cầu chế tạo các tấm thân xe có trọng lượng nhẹ từ nhựa, được gia cố bằng sợi thủy tinh dệt kết hợp với borat C) Thủy tinh Borosilicate, được làm từ silica và oxit boric, được sử dụng trong đèn pha kín và bóng đèn halogen do sức mạnh của nó D) Hỗn hợp nguyên tố boron và kali nitrat bột kích hoạt bằng cảm biến điện tử giúp túi khí phồng lên ngay khi va chạm E) Thủy tinh borosilicat chuyên dụng tạo thành màn mỏng nhẹ và được ưa chuộng trong sản xuất màn hình cảm ứng trên ô tô hiển thị với các tính năng điều hướng và giải trí F) Borat thường được thêm vào các vật liệu dùng để thảm và vải bọc nội thất do chúng có khả năng chống cháy đặc tính có thể làm chậm sự lan truyền của ngọn lửa và nâng cao tính an toàn khi xảy ra hỏa hoạn G) EV sử dụng nhiều vật liệu khác nhau để cách nhiệt và tiếng ồn, tạo cảm giác lái xe yên tĩnh và thoải mái hơn môi trường Borat là thành phần thiết yếu trong sợi thủy tinh cách nhiệt và được sử dụng làm chất chống cháy phụ gia cho vật liệu không dệt để ngăn chặn sự cách nhiệt từ việc bốc cháy và đốt cháy Như bạn có thể thấy, tính linh hoạt và đặc tính độc đáo của borat tạo nên chúng có giá trị trong việc nâng cao các khía cạnh khác nhau của công nghệ EV, từ lưu trữ năng lượng để an toàn và thoải mái Công nghệ Borat, nghiên cứu, và phát triển một thời gian thì bây giờ, chúng ta đang đáp lại sự phát triển của thế giới nhu cầu về vật liệu pin Borat là một phần quan rọng trong giải pháp vật liệu pin ngày càng phát triển của thế giới 20