¿Por qué no se usa acero inoxidable para motores de cohetes?

La mayoría de la gente probablemente ya haya escuchado que Elon está cambiando Starship a una construcción completa de acero inoxidable. De todos modos, me hizo pensar, ¿por qué nunca se usa acero inoxidable para motores de cohetes (boquilla, cámara de combustión)?

Estoy en un club de cohetes de estudiantes universitarios que actualmente construye un motor líquido, por lo que esto es de particular interés para mí. Formo parte del equipo que diseña la refrigeración regenerativa y la estructura/fabricación del motor.

Las aleaciones de cobre y el Inconel 718 (INC718) son opciones populares, pero ¿qué pasa con el acero inoxidable de la serie 300?

En comparación con INC718, el acero inoxidable tiene una densidad ligeramente más baja, un calor específico más alto y una conductividad térmica más alta. Las propiedades mecánicas como la temperatura de fusión y el módulo de elasticidad son similares. La mayor disparidad con el acero inoxidable es que la resistencia a la tracción y el límite elástico son mucho más pequeños que INC718. ¿Es este el factor principal que impide que el acero inoxidable se use en motores de cohetes?

Sutton afirma que es un material utilizable. Ver página 305 pdfs.semanticscholar.org/6cce/…
La boquilla RS-25 está hecha de tubos de acero inoxidable soldados y al menos partes de las turbobombas están hechas de acero: large.stanford.edu/courses/2011/ph240/nguyen1/docs/…
Gracias por la info. En lugar de solo ejemplos anteriores, ¿cuál es la razón práctica por la que no se usa acero inoxidable? Entiendo que se puede usar para enfriar tubos, pero me inclinaría por el cobre para esa funcionalidad. Para la impresión 3D (sí, el acero inoxidable es posible) o el método sándwich (fresado de canales en la boquilla y fijación de una cubierta exterior) para producir un motor enfriado regenerativamente, ¿por qué nunca se ha usado acero inoxidable en el siglo XXI?
Me parece que la resistencia a la tracción y el rendimiento significan que una boquilla que puede restringir y arrastrar el escape será más pesada si está hecha de acero inoxidable.
@JCRM Creo que tiene razón en que la resistencia es el mayor problema: suponga que obtuvo la mitad de la resistencia, lo que significaría el doble del grosor de la pared requerido y, por lo tanto, el doble del peso. Además, las paredes dos veces más gruesas reducen a la mitad la conducción de calor, por lo que el rendimiento es menor con la misma conductividad térmica.
Debe investigar mucho más antes de poder afirmar que el acero inoxidable "nunca se ha utilizado en el siglo XXI". Su ámbito de aplicación estará limitado por la conductividad térmica (más baja que el cobre) y el rango de temperatura (más bajo que las aleaciones de níquel, etc.), pero ciertamente hay áreas en las que aún podría usarse. Y, de hecho, el motor Merlin 1A es un contraejemplo del siglo XXI: un Falcon 1 falló debido a la corrosión de una tuerca de aluminio, y se usaron componentes de acero inoxidable para evitar esto en versiones posteriores.
El artículo de Wikipedia tiene algunas razones para usar inconel en lugar de acero inoxidable. Incluso para uso automotriz en lugar de motores de cohetes.
Creo que la diferencia no son tanto los puntos de fusión, que son similares, sino que los aceros empiezan a perder su resistencia mucho antes de fundirse, mientras que el inconel no.
No del siglo XXI, pero los primeros cohetes Atlas usaban acero para los tanques. Hoja muy delgada, y los tanques se presurizaron continuamente a través de su uso. Los cohetes se habrían derrumbado sin la presión para sostenerlos.
También oxidación.
Una propiedad muy importante es el coeficiente de expansión térmica. Cuanto más alto es, más tensión se induce donde se producen grandes gradientes de temperatura. Sugiero buscar esos coeficientes para los materiales sobre los que pregunta.

Respuestas (1)

Primero, soy escéptico sobre si es cierto que el acero inoxidable nunca se usa en los motores de cohetes modernos (como han pedido algunos comentarios).

Los aceros inoxidables en general no son necesariamente materiales de alto rendimiento cuando se calientan a altas temperaturas, ya sea en resistencia práctica (incluida la vulnerabilidad a varios tratamientos térmicos no deseados, fragilización, fatiga, etc.) o en resistencia a la corrosión, seguramente de cierta importancia cuando se involucran oxidantes químicamente agresivos. .

Esta hoja de datos para Inconel 718 enumera la resistencia, a varias temperaturas, después de varios tratamientos térmicos.

Algunos de ellos son bastante favorables. Además, estas superaleaciones de níquel suelen ser más resistentes químicamente, lo que probablemente sea importante cuando se trata de hipergólicos.

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