加熱時に金属が膨張する場合、ボルトを加熱すると金属がどのように緩みますか？

詰まったボルトの取り外しに問題がある場合、一般的なアドバイスはボルトを加熱することです。しかし、加熱時に金属が膨張した場合、ボルトを加熱しても取り外しが難しくなるのではないでしょうか？ボルトを加熱すると、どのように外れますか？

答えは驚くほど簡単です。ボルトは伸びますが、ナットはもっと伸びます。

ここで起こっているのは、古き良き熱膨張です。

• ボルトは加熱され、外側に向かって広がり、半径が増加します
• ナットが加熱され、...外側に向かって拡大し、その半径が増加します

ナットの半径はボルトの半径よりもわずかに大きいため、また、増加は残りの長さに比例するため、ナットはもう少し大きくなります。

鉄の熱係数は10 ^-5 / K球場です。これは、温度が1 K上昇するごとに10 ^-5のサイズが増加することを意味します。1mのロッドは1.00001 mの長さになります。

ボルトのr = 1.5 mmで、ナットのR = 1.501 mmの場合、温度が500 K上昇します。まあ：

• r = 1.5 *（1 + 500 * 10 ^-5）mm = 1.5075 mm
• R = 1.501 *（1 + 500 * 10 ^-5）mm = 1.508505 mm

ご覧のように、R-r = 1μmを加熱する前、R-r≈1.001μmを加熱した後。増えました！

私の番号は非常にワイルドであり、単に例を示すために使用されていることに注意してください。開始値が間違っていたと確信していますが、とにかくメッセージを伝える助けになることを願っています。

秘密は制約された拡張です。

以下に、それがどのように機能するかを説明するのに役立ついくつかの図を示します。

^{ボルトが穴に引っかかっている}

ボルトが加熱されると、膨張します。ボルトのシャフトは拘束されているため、穴の内側に拡張することはできません。

^{ボルトは緑の矢印の方向に伸びますが、赤の矢印の方向には伸びません。}

ボルトが冷えると、収縮します。ただし、収縮は制限されません。これは、ボルトが全方向に収縮し、ボルトがわずかに小さくなることを意味します。

^{ボルトはすべての方向に収縮できます。}

ボルトが冷めると、ボルトは小さくなり、抜き取りやすくなります。

これが通常機能する実際の理由は、錆が錆びている鋼よりもかなり大きいため、最初にボルトが詰まっている理由です。他のいくつかの例では、熱が働く理由は、ボルトが除去するために加熱を必要とするスレッドロッカーで適用されたためです（錆の兆候が出ない場合、それはかなり良い賭けです）

多くの種類の錆には「化学的に結合した水」が含まれており、十分に加熱するとその水が失われます（収縮します）。

リング状に配置された金属は、加熱されると外側に広がります。細いワイヤーの輪が加熱されていると想像してください。これは主にその長さに沿って拡大し、内径と外径の両方を大きくします。ボルト穴の周りの材料でも同じことが起こります。

一般的に、ボルト自体ではなく、周囲の部品を加熱しようとします。ただし、ボルトが直接加熱された場合でも、通常、伝導により周囲の材料が加熱され、ボアが膨張します。

それに関するより科学的な情報

ワッシャー、または穴の開いた他の金属リングまたはディスクを検討してください。リングが加熱されると、リングが拡大することが予想され、実験によりリングが拡大することが確認されます。しかし、リングの穴は拡大、縮小、または同じサイズのままですか？

... [T]メイソンジャーを開けようとしていて、ネジ蓋の金属製の蓋が詰まっているときに何をするか考えてください。ふたをスプーンで軽くたたいて（詰まったふたの部分をゆるめようとする）、またはふたをお湯の下に置きます。後者の方法は、金属製の蓋がガラス瓶よりも膨張することがわかっているため、蓋を外すのが簡単になるためです。

そして、金属製の蓋はガラスの瓶よりも大きくなると言っているのは、蓋の穴が大きくなるということです。

私の経験では、凍ったボルトが膨らんで赤熱して柔らかくなるまで加熱し、熱くて柔らかいうちに取り外す必要があります。ボルトを加熱して冷却できるようにしたことは、私を助けてくれませんでした。金属が収縮すると、ボルトが焼き付きます。通常は緩みません...おそらく状況を悪化させます。

同じことは、一緒にくっついてしまったグラスを飲む場合にも当てはまります...寒さ、収縮が発作の原因です。

@Vladimir Cravero（コメントを入力するのに十分な担当者がいません）...

答えを明確にする必要があると思います。ナットは「もっと」拡大するのではなく、最終的には大きくなりますが、％の増加は同じです。

r = 1.5*(1+500*10-5) mm = 1.5075 mm         
R = 1.501*(1+500*10-5) mm = 1.508505 mm         

        start   after heat      increase amt    % inc
bolt    1.5     1.5075          0.0075          0.5000%
nut     1.501   1.508505        0.007505        0.5000%

加熱の効果に関する私の認識では、ボルトとナットまたはブロックが拡張するだけでなく、それらの間のスペースも拡張するということを忘れないでください。

        start   after heat      increase amt    % inc
space   0.001   0.001005        0.0000050       0.5000%

同様にわずかに大きいスペース、削除しやすい。:)

この効果に寄与する複数の要因があると思いますが、言及されていません。立ち往生しているボルトを解放するもう1つの方法は、鋭く叩いて衝撃を与えることです。一般的に、これはバルブのような大きなことをするものですが、根本的な問題は同じだと思います。さびについては、これにより酸化物の脆い構造が破壊されると予想されます。もう1つの要因は、2種類の摩擦があることです。静止摩擦と動摩擦があります。床に重い（いっぱいの）段ボール箱があると考えてください。スライドさせようとすると、最初は「スタック」状態になります。ボックスが動き始めると、それははるかに簡単にスライドします。これは、車のブレーキをロックするのが悪いのと同じ理由です。ゴムが滑り始めると、摩擦が大幅に減少します。

温度は、物質の分子の平均運動エネルギーの尺度です。つまり、分子は絶対零度よりも暖かい物質内を移動し、速く移動するほど温度が高くなります。何かを加熱すると、システムに運動エネルギーが追加されます。これは文字通り、ボルトの分子をますます速く動かす原因になっています。固体では、分子は空間内を自由に動いておらず、本質的に振動しています。次の画像は、加熱されたときの金属分子の動きを示しています。

このエネルギッシュな動きは、それ自体が鋭いノックによって引き起こされる衝撃波と同じ効果を生み出す可能性があると思います。それと、ボルトとナットのサイズの不均一な変化は、静摩擦を破壊したり、脆い錆を粉砕したりする可能性があります。錆びた鋳鉄のフライパンがある場合、1つの解決策はそれを熱い火の中に入れることであり、錆は単に落ちることを知っています。

熱はすぐには伝わらないため、ナットはボルトよりも膨張します...適切なタイミングをとると...簡単ではありません。ナット/ボルトではなくベアリングの場合、この[誘導]加熱は、たとえばこのビデオに示されているように、またさらに固定する場合には、業界の除去方法です。この場合、ベアリングリングが十分に加熱されると、取り外し動作は瞬時に行われます。ナット/ボルトの問題は、おそらくナットの取り外しが完了する前に、大量の熱がボルトに伝わることがあることです。この技術の実践者からの引用「ボルトではなくナットを加熱したい」。

この問題は、これを行うための単一の方法がないという事実によってさらに悪化します。この他のビデオで見ることができますナットはボルトよりもはるかに白くなるため、加熱すると非常に熱くなります。キャッチは、ナットが取り外されるまでに、どちらも（最後のビデオで）もう光っていないので、温度（差）を視覚的に判断できないことです。しかし、空気ははるかに優れた絶縁体なので、ラジエーターとして機能するより多くの金属と接触するため、ボルトはナットよりも速く冷却されると思われます。サーマルカメラを使用したビデオは確実な証拠になりますが、見つけることができませんでした。その最後のビデオの説明では、加熱によって腐食性の結合が緩められることも述べられていますが、これも真実かもしれません。この主張はまた、それらの結合が冷却によってすぐに回復しないことを前提としています。

そして、質問者自身の答えに描かれているシナリオの場合、実際にはそのようには機能しません。この30分のビデオの後半を見ると、男はボルト自体の周りのフレームを注意深く加熱しており、「ナット」が大きなピースである場合、成功するには多くの時間、忍耐、注意が必要です。

私は、ボルトの頭が表面から伸びて糸の張力を緩め、それをオフにするのに十分なほど緩めると誰も言っていないという簡単な答えを持っています。ボルトは錆びていなくてもきつすぎることがあります。

錆や堆積物が緩みを防ぐ要因である場合、高熱により破片が熱で緩み、緩み、問題のボルトまたは部品が容易に回転できると考えています。

ドア枠にペニーを入れて閉じます。摩擦により所定の位置に保持されるため、ドアを開くことはほとんど不可能です。ドアの残りの部分が曲がると、ドアが動かなくなります。錆びたボルトは本質的に同じ原理です-酸化した金属によってボルトのねじ山に形成された多くの小さな結合が回転を防ぎます。

金属の熱と膨張は、単にそれらの結合を破壊するのに役立ちました。熱力学やその他の科学的なナンセンスとは関係ありません。それは錆を壊す膨張金属の単純な機械的作用です。