Mesin roket adalah keajaiban teknik yang memanfaatkan panas dan tekanan ekstrem untuk mendorong kendaraan di luar atmosfer planet kita. Untuk menahan kondisi yang keras ini, mesin roket harus dibuat dari bahan yang dapat bertahan dalam suhu dan tekanan yang ekstrem. Serbuk logam bersuhu tinggi sangat penting dalam menciptakan komponen yang memenuhi tuntutan ini. Dalam artikel ini, kita akan menyelami dunia yang menarik dari aplikasi mesin roket suhu tinggiyang meneliti serbuk logam tertentu, sifat-sifatnya, penggunaannya, dan implikasi yang lebih luas dari penggunaannya.
Ikhtisar
Mesin roket beroperasi di bawah kondisi ekstrem, membutuhkan material yang dapat menangani suhu tinggi, tekanan yang signifikan, dan lingkungan yang korosif. Serbuk logam, terutama yang digunakan dalam manufaktur aditif (pencetakan 3D), telah menjadi sangat penting dalam menciptakan komponen berkinerja tinggi untuk mesin-mesin ini. Bagian ini memberikan gambaran umum yang komprehensif tentang aplikasi mesin roket bersuhu tinggi dan peran penting serbuk logam.
Jenis-jenis Serbuk Logam untuk Aplikasi Suhu Tinggi
Bubuk Logam
Komposisi
Properti
Ciri
Inconel 718
Nikel, Kromium, Besi
Kekuatan tinggi, tahan korosi, tahan oksidasi pada suhu tinggi
Kemampuan las yang sangat baik, ketahanan lelah yang baik
Ti-6Al-4V
Titanium, Aluminium, Vanadium
Rasio kekuatan-terhadap-berat yang tinggi, ketahanan korosi yang baik
Ringan, biokompatibel, dan memiliki ketahanan lelah yang tinggi
Hastelloy X
Nikel, Kromium, Besi, Molibdenum
Ketahanan oksidasi yang sangat baik, kekuatan suhu tinggi
Kemampuan bentuk yang baik, ketahanan terhadap retak korosi tegangan
Haynes 188
Nikel, Kromium, Tungsten, Kobalt
Kekuatan suhu tinggi yang unggul, ketahanan oksidasi
Kemampuan las yang baik, ketahanan guncangan termal yang sangat baik
Rene 41
Nikel, Kromium, Molibdenum
Kekuatan tinggi, ketahanan oksidasi pada suhu tinggi
Ketahanan mulur yang baik, kemampuan las yang sangat baik
Tungsten Karbida
Tungsten, Karbon
Titik leleh yang sangat tinggi, kekerasan
Ketahanan aus, konduktivitas termal yang baik
Tantalum Karbida
Tantalum, Karbon
Titik leleh yang sangat tinggi, kekerasan
Stabilitas suhu tinggi yang sangat baik, ketahanan terhadap korosi
Paduan Niobium C-103
Niobium, Hafnium, Titanium
Titik leleh tinggi, keuletan yang baik
Kekuatan dan ketahanan oksidasi yang baik
Mar-M247
Nikel, Kromium, Aluminium
Kekuatan mulur dan pecah yang tinggi
Ketahanan lelah termal yang baik, ketahanan oksidasi
Grafit Pirolitik
Karbon
Konduktivitas termal yang tinggi, tahan guncangan termal
Ekspansi termal anisotropik, kemurnian tinggi
Aplikasi Serbuk Logam Mesin Roket Suhu Tinggi
Komponen
Bubuk Logam yang Digunakan
Aplikasi
Manfaat
Ruang Pembakaran
Inconel 718
Menampung campuran bahan bakar dan pengoksidasi yang terbakar
Kekuatan suhu tinggi, ketahanan oksidasi
Bilah Turbin
Rene 41, Mar-M247
Mengubah energi gas menjadi energi mekanik
Ketahanan mulur yang tinggi, ketahanan terhadap kelelahan termal
Nosel
Tungsten Karbida
Mengarahkan aliran gas buang
Ketahanan aus, konduktivitas termal
Penyala
Grafit Pirolitik
Memulai proses pembakaran
Tahan guncangan termal, kemurnian tinggi
Injektor Bahan Bakar
Ti-6Al-4V
Mengalirkan bahan bakar ke ruang bakar
Ringan, rasio kekuatan-terhadap-berat yang tinggi
Kerucut Knalpot
Hastelloy X
Mengarahkan gas buang keluar dari mesin
Ketahanan oksidasi, kekuatan suhu tinggi
Pelindung Panas
Haynes 188
Melindungi komponen dari panas yang ekstrem
Tahan guncangan termal, kemampuan las yang baik
Gasket
Tantalum Karbida
Sambungan segel yang terpapar suhu tinggi
Stabilitas suhu tinggi, ketahanan terhadap korosi
Kursi Katup
Paduan Niobium C-103
Mengontrol aliran propelan
Ketahanan oksidasi, keuletan
Saluran Pendingin
Inconel 718
Mengedarkan cairan pendingin untuk mengelola suhu mesin
Kekuatan tinggi, ketahanan oksidasi
Spesifikasi, Ukuran, Nilai, dan Standar Serbuk Logam
Bubuk Logam
Spesifikasi
Ukuran (Mikron)
Nilai
Standar
Inconel 718
ASTM B637, AMS 5662
15-53, 45-106
Kedirgantaraan, Industri
ASTM F3055, AMS 5663
Ti-6Al-4V
ASTM B348, AMS 4911
15-45, 45-75
Kelas 5, Kelas 23
ASTM F1472, AMS 4928
Hastelloy X
ASTM B572, AMS 5754
15-53, 45-106
Standar, Metalurgi Serbuk
ASTM F3055, AMS 5754
Haynes 188
ASTM B435, AMS 5537
15-45, 45-75
Bertugas sebagai penerjemah dan penyempurna, Terjemah teks berikut ke ID:
Standar
ASTM F1058, AMS 5537
Rene 41
ASTM B638, AMS 5545
15-53, 45-106
Standar, Metalurgi Serbuk
ASTM F3055, AMS 5545
Tungsten Karbida
ISO 9001
0.2-50, 1-10
Bertugas sebagai penerjemah dan penyempurna, Terjemah teks berikut ke ID:
Standar
ISO 4499-2
Tantalum Karbida
ASTM B365
1-50, 10-45
Bertugas sebagai penerjemah dan penyempurna, Terjemah teks berikut ke ID:
Standar
ASTM F2994
Paduan Niobium C-103
ASTM B652, AMS 7852
15-53, 45-106
Bertugas sebagai penerjemah dan penyempurna, Terjemah teks berikut ke ID:
Standar
ASTM F3055, AMS 7852
Mar-M247
ASTM B446
15-45, 45-75
Standar, Metalurgi Serbuk
ASTM F3055, AMS 5954
Grafit Pirolitik
Spesifikasi khusus berdasarkan persyaratan aplikasi
Ukuran khusus
Bertugas sebagai penerjemah dan penyempurna, Terjemah teks berikut ke ID:
Standar
Standar khusus
Pemasok dan Rincian Harga Bubuk Logam
Pemasok
Bubuk Logam
Harga ($/kg)
Catatan
Bubuk Tingkat Lanjut
Inconel 718
$150 – $200
Serbuk berkualitas tinggi untuk ruang angkasa
Industri Titanium
Ti-6Al-4V
$200 – $250
Aplikasi medis dan kedirgantaraan
Haynes International
Hastelloy X, Haynes 188
$300 – $350
Produksi paduan khusus
Super Alloy International
Rene 41, Mar-M247
$250 – $300
Khusus dalam paduan suhu tinggi
Layanan Tungsten Midwest
Tungsten Karbida
$100 – $150
Material kelas industri dan kedirgantaraan
Solusi H.C. Starck
Tantalum Karbida
$500 – $600
Produk tantalum dengan kemurnian tinggi
ATI Metals
Paduan Niobium C-103
$400 – $450
Aplikasi kedirgantaraan dan pertahanan
Elemen Amerika
Grafit Pirolitik
$2000 – $2500
Ukuran dan spesifikasi khusus
Keuntungan dan Kerugian Serbuk Logam dalam Mesin Roket
Bubuk Logam
Kelebihan
Kelemahan
Inconel 718
Kekuatan dan ketahanan korosi yang sangat baik pada suhu tinggi
Biaya tinggi, kemampuan mesin terbatas
Ti-6Al-4V
Ringan, rasio kekuatan-terhadap-berat yang tinggi, ketahanan korosi yang baik
Mahal, membutuhkan pemrosesan khusus
Hastelloy X
Ketahanan oksidasi yang unggul, kekuatan suhu tinggi
Sulit untuk dikerjakan dengan mesin, mahal
Haynes 188
Ketahanan guncangan termal yang sangat baik, kemampuan las yang baik
Biaya tinggi, ketersediaan terbatas
Rene 41
Ketahanan mulur yang tinggi, kemampuan las yang baik
Mahal, sulit dibentuk
Tungsten Karbida
Titik leleh, kekerasan, dan ketahanan aus yang sangat tinggi
Rapuh, sulit dikerjakan dengan mesin
Tantalum Karbida
Stabilitas suhu tinggi, ketahanan korosi yang sangat baik
Sangat mahal, kemampuan mesin terbatas
Paduan Niobium C-103
Titik leleh tinggi, keuletan yang baik
Biaya tinggi, oksidasi pada suhu tinggi
Mar-M247
Kekuatan mulur dan pecah yang tinggi, ketahanan lelah termal yang baik
Mahal, sulit untuk diproses
Grafit Pirolitik
Konduktivitas termal yang tinggi, tahan guncangan termal
Sangat mahal, sifat anisotropik
Analisis Perbandingan Serbuk Logam
Property
Inconel 718
Ti-6Al-4V
Hastelloy X
Haynes 188
Rene 41
Tungsten Karbida
Tantalum Karbida
Paduan Niobium C-103
Mar-M247
Grafit Pirolitik
Titik Leleh (°C)
1350-1430
1600-1650
1260-1340
1370-1400
1200-1300
2800-2900
3800-3900
2470-2490
1260-1340
3000-3500
Kepadatan (g/cm³)
8.19
4.43
8.22
9.14
8.36
15.7
14.5
8.57
8.10
2.1
Kekuatan Tarik (MPa)
1035
1100
800
965
1310
3440
3445
690
1100
40
Konduktivitas Termal (W/m-K)
11.4
7.2
9.8
10.6
9.9
84
21.4
54
10.1
20-100
Biaya ($/kg)
150-200
200-250
300-350
300-350
250-300
100-150
500-600
400-450
250-300
2000-2500
FAQ
Pertanyaan
Jawaban
Bubuk logam apa yang paling umum digunakan dalam mesin roket?
Inconel 718, Ti-6Al-4V, dan Hastelloy X adalah yang paling umum digunakan karena ketahanan suhu tinggi dan sifat mekaniknya.
Mengapa serbuk logam lebih disukai dalam pembuatan mesin roket?
Serbuk logam memungkinkan teknik manufaktur yang presisi seperti manufaktur aditif, yang memungkinkan produksi komponen yang kompleks dan berkinerja tinggi.
Tantangan apa yang terkait dengan penggunaan serbuk logam dalam mesin roket?
Biaya tinggi, kemampuan permesinan yang sulit, dan ketersediaan paduan tertentu yang terbatas dapat menimbulkan tantangan dalam pembuatan dan aplikasi.
Bagaimana serbuk logam meningkatkan kinerja mesin roket?
Mereka memberikan kekuatan, ketahanan oksidasi, dan konduktivitas termal yang unggul, yang sangat penting untuk kondisi ekstrem pada mesin roket.
Apakah ada alternatif selain serbuk logam untuk aplikasi suhu tinggi?
Meskipun keramik dan komposit merupakan alternatif, namun sering kali tidak memiliki kombinasi kekuatan, keuletan, dan kemampuan mesin yang sama dengan yang ditawarkan oleh serbuk logam.
Apa peran yang dimainkan oleh manufaktur aditif dalam penggunaan serbuk logam?
Manufaktur aditif memungkinkan pembuatan komponen yang rumit dan sangat dioptimalkan yang tidak dapat dilakukan dengan metode manufaktur tradisional.
Bagaimana kualitas serbuk logam dipastikan?
Standar dan spesifikasi yang ketat, seperti ASTM dan AMS, diikuti untuk memastikan kualitas dan kinerja serbuk logam yang digunakan dalam aplikasi yang kritis.
Kesimpulan
Aplikasi mesin roket suhu tinggi sangat bergantung pada material canggih yang mampu bertahan dalam kondisi ekstrem. Serbuk logam seperti Inconel 718, Ti-6Al-4V, dan Hastelloy X memainkan peran penting dalam menciptakan komponen yang memastikan kinerja dan keandalan mesin roket. Bahan-bahan ini, dengan sifat dan keunggulannya yang unik, memungkinkan industri kedirgantaraan untuk mendorong batas-batas dari apa yang mungkin dilakukan, menjelajah lebih jauh ke kedalaman ruang angkasa. Kemajuan dalam teknologi serbuk logam dan manufaktur aditif terus mendorong industri ini ke depan, menjanjikan pencapaian yang lebih besar lagi di masa depan.
Dengan mengeksplorasi serbuk logam tertentu, sifat, dan aplikasinya, kita mendapatkan pemahaman yang lebih dalam tentang material yang memungkinkan eksplorasi ruang angkasa. Baik Anda seorang insinyur kedirgantaraan, ilmuwan material, atau sekadar penggemar ruang angkasa, dunia aplikasi mesin roket suhu tinggi sangat menarik dan penting bagi masa depan perjalanan ruang angkasa.
