Paduan aluminium untuk tangki bahan bakar roket
Material struktural berkaitan erat dengan serangkaian isu seperti desain struktur badan roket, teknologi manufaktur dan pemrosesan, teknologi persiapan material, dan ekonomi, serta merupakan kunci penentu kualitas lepas landas dan kapasitas muatan roket. Berdasarkan proses pengembangan sistem materialnya, pengembangan material tangki bahan bakar roket dapat dibagi menjadi empat generasi. Generasi pertama adalah paduan aluminium seri-5, yaitu paduan Al-Mg. Paduan representatifnya adalah paduan 5A06 dan 5A03. Paduan-paduan ini digunakan untuk memproduksi struktur tangki bahan bakar roket P-2 pada akhir 1950-an dan masih digunakan hingga saat ini. Paduan 5A06 mengandung 5,8% Mg hingga 6,8% Mg, sedangkan 5A03 adalah paduan Al-Mg-Mn-Si. Generasi kedua adalah paduan seri-2 berbasis Al-Cu. Tangki penyimpanan wahana peluncur seri Long March Tiongkok terbuat dari paduan 2A14, yaitu paduan Al-Cu-Mg-Mn-Si. Sejak tahun 1970-an hingga sekarang, Tiongkok mulai menggunakan tangki penyimpanan manufaktur paduan 2219, yaitu paduan Al-Cu-Mn-V-Zr-Ti, yang banyak digunakan dalam pembuatan berbagai tangki penyimpanan wahana peluncur. Pada saat yang sama, paduan ini juga banyak digunakan dalam struktur tangki bahan bakar suhu rendah peluncur senjata, yang merupakan paduan dengan kinerja suhu rendah yang sangat baik dan kinerja yang komprehensif.
Paduan aluminium untuk struktur kabin
Sejak pengembangan kendaraan peluncur di Tiongkok pada tahun 1960-an hingga sekarang, paduan aluminium untuk struktur kabin kendaraan peluncur didominasi oleh paduan generasi pertama dan generasi kedua yang diwakili oleh 2A12 dan 7A09, sementara negara-negara asing telah memasuki generasi keempat paduan aluminium struktural kabin (paduan 7055 dan paduan 7085), mereka banyak digunakan karena sifat kekuatannya yang tinggi, sensitivitas pendinginan yang rendah, dan sensitivitas takik. 7055 adalah paduan Al-Zn-Mg-Cu-Zr, dan 7085 juga merupakan paduan Al-Zn-Mg-Cu-Zr, tetapi kandungan pengotor Fe dan Si-nya sangat rendah, dan kandungan Zn tinggi pada 7,0%~8,0%. Paduan Al-Li generasi ketiga yang diwakili oleh 2A97, 1460, dll. telah diterapkan dalam industri kedirgantaraan asing karena kekuatannya yang tinggi, modulus tinggi, dan elongasi tinggi.
Komposit matriks aluminium yang diperkuat partikel memiliki keunggulan modulus dan kekuatan tinggi, serta dapat digunakan untuk menggantikan paduan 7A09 dalam pembuatan rangka kabin semi-monokok. Lembaga Penelitian Logam, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, Institut Teknologi Harbin, Universitas Jiaotong Shanghai, dan lain-lain telah melakukan banyak penelitian dan persiapan komposit matriks aluminium yang diperkuat partikel, dengan pencapaian yang luar biasa.
Paduan Al-Li digunakan dalam industri kedirgantaraan asing
Aplikasi yang paling berhasil pada wahana antariksa asing adalah paduan Weldalite Al-Li yang dikembangkan oleh Constellium dan Quebec RDC, termasuk Paduan 2195, 2196, 2098, 2198, dan 2050. Paduan 2195: Al-4.0Cu-1.0Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, yang merupakan paduan Al-Li pertama yang berhasil dikomersialkan untuk pembuatan tangki penyimpanan bahan bakar suhu rendah untuk peluncuran roket. Paduan 2196: Al-2.8Cu-1.6Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, kepadatan rendah, kekuatan tinggi, ketangguhan patah tinggi, awalnya dikembangkan untuk profil rangka panel surya Hubble, sekarang banyak digunakan untuk mengekstruksi profil pesawat terbang. Paduan 2098: Al-3,5 Cu-1,1Li-0,4Mg-0,4Ag-0,1Zr, awalnya dikembangkan untuk pembuatan badan pesawat HSCT, karena kekuatan lelahnya yang tinggi, kini digunakan dalam badan pesawat tempur F16 dan tangki bahan bakar peluncur pesawat ruang angkasa Falcon. Paduan 2198: Al-3,2Cu-0,9Li-0,4Mg-0,4Ag-0,1Zr, digunakan untuk menggulung lembaran pesawat komersial. Paduan 2050: Al-3,5Cu-1,0Li-0,4Mg- 0,4Ag-0,4Mn-0,1Zr, digunakan untuk memproduksi pelat tebal guna menggantikan pelat tebal paduan 7050-T7451 untuk pembuatan struktur pesawat komersial atau komponen peluncur roket. Dibandingkan dengan paduan 2195, kandungan Cu+Mn pada paduan 2050 relatif rendah untuk mengurangi sensitivitas pendinginan dan mempertahankan sifat mekanis pelat tebal yang tinggi, kekuatan spesifiknya 4% lebih tinggi, modulus spesifiknya 9% lebih tinggi, dan ketangguhan patahnya meningkat dengan ketahanan retak korosi tegangan yang tinggi dan ketahanan pertumbuhan retak lelah yang tinggi, serta stabilitas suhu tinggi.
Penelitian Tiongkok tentang cincin tempa yang digunakan dalam struktur roket
Pangkalan manufaktur kendaraan peluncur Tiongkok terletak di Zona Pengembangan Ekonomi dan Teknologi Tianjin. Pangkalan ini terdiri dari area penelitian dan produksi roket, area industri aplikasi teknologi kedirgantaraan, dan area pendukung tambahan. Pangkalan ini mengintegrasikan produksi komponen roket, perakitan komponen, dan pengujian perakitan akhir.
Tangki penyimpanan propelan roket dibentuk dengan menghubungkan silinder-silinder dengan panjang 2m hingga 5m. Tangki penyimpanan terbuat dari paduan aluminium, sehingga perlu dihubungkan dan diperkuat dengan cincin tempa paduan aluminium. Selain itu, konektor, cincin transisi, rangka transisi, dan bagian lain dari pesawat ruang angkasa seperti wahana peluncur dan stasiun ruang angkasa juga perlu menggunakan cincin tempa penghubung, sehingga cincin tempa merupakan jenis komponen penghubung dan struktural yang sangat penting. Southwest Aluminum (Group) Co., Ltd., Northeast Light Alloy Co., Ltd., dan Northwest Aluminum Co., Ltd. telah melakukan banyak penelitian dan pengembangan, manufaktur, serta pemrosesan cincin tempa.
Pada tahun 2007, Southwest Aluminium mengatasi kendala teknis seperti pengecoran skala besar, pembukaan billet tempa, penggulungan cincin, dan deformasi dingin, serta mengembangkan cincin tempa paduan aluminium berdiameter 5m. Teknologi penempaan inti asli mengisi celah domestik dan berhasil diterapkan pada Long March-5B. Pada tahun 2015, Southwest Aluminium mengembangkan cincin tempa paduan aluminium super besar pertama berdiameter 9m, yang mencetak rekor dunia. Pada tahun 2016, Southwest Aluminium berhasil menguasai sejumlah teknologi inti utama seperti pembentukan gulungan dan perlakuan panas, serta mengembangkan cincin tempa paduan aluminium super besar berdiameter 10m, yang mencetak rekor dunia baru dan memecahkan masalah teknis utama dalam pengembangan wahana peluncur tugas berat Tiongkok.
Diedit oleh May Jiang dari MAT Aluminum
Waktu posting: 01-Des-2023
