Tester101

Wenn sich Metall beim Erhitzen ausdehnt, wie löst es das Erhitzen eines Bolzens?


Entfernung Schrauben Hobby

Wenn Sie Probleme haben, einen festsitzenden Bolzen zu entfernen, ist es üblich, den Bolzen zu erhitzen. Aber wenn sich das Metall beim Erhitzen ausdehnt, würde das Aufheizen des Bolzens es nur schwieriger machen, ihn zu entfernen? Wie wird das Aufheizen der Schraube gelöst?

Mazura
Hängt davon ab. Wird es angegriffen (von Rost) oder zu stark angezogen? Überstrafft ist deine Antwort; beschlagnahmt ist Ecnerwal.

Tester101♦
@Mazura mein ursprünglicher Gedanke war über verschärft, aber ich habe ursprünglich nicht angegeben, so dass es ein bisschen spät ist, es jetzt hinzuzufügen.

Hot Licks
Wenn Sie über eine Mutter auf einer Schraube sprechen, wird die Mutter mehr als die Schraube erhitzen, so dass sich die Mutter relativ zum Bolzen vergrößern wird. Diese Aktion ist einfach und unkompliziert - Sie sollten nur darauf achten, die Hitze auf die Mutter und nicht auf die Schraube zu konzentrieren. Für andere Szenarien müssen Sie ein wenig über die Situation nachdenken und sich auf den Teil konzentrieren, den Sie erweitern möchten. Manchmal hilft es, eine Art von Kühlung auf einem Teil zu verwenden.

nnnnnn
Nun, wenn Sie es genug erhitzen, dass es schmilzt ...

Ken
Ich würde eine wissenschaftliche Antwort geben, aber sie aufheizen - heizt die besonderen Bindungen auf, die es "stecken" lassen - zum Beispiel Rost abbrennen und Korrosion - diese Bindungen werden gebrochen. Ich glaube, das gleiche passiert mit den Metallen, die Bindungen gebrochen werden - die Moleküle werden beschleunigt und sie brechen.

Antworten


Vladimir Cravero

Die Antwort ist überraschend einfach: Der Bolzen dehnt sich aus, aber die Mutter dehnt sich mehr aus .

Was hier passiert ist eine gute alte Wärmeausdehnung:

  • Der Bolzen ist beheizt und dehnt sich mit zunehmendem Radius nach außen aus
  • Die Nuss wird erhitzt und ... dehnt sich aus, ihr Radius nimmt zu

Jetzt, da der Radius der Mutter etwas größer ist als der der Schrauben, und da die Zunahme proportional zur Länge der Stütze ist, dehnt sich die Mutter ein wenig mehr aus.

Eisen hat einen thermischen Koeffizienten im 10 -5 / K-Ballpark. Dies bedeutet, dass Sie für jede 1 K Temperaturerhöhung eine Vergrößerung von 10 -5 haben : ein 1 m Stab wird 1.00001 m lang.

Wenn Ihre Schraube r = 1,5 mm hat und die Mutter R = 1,501 mm hat, was passiert, wenn die Temperatur um 500 K erhöht wird? Gut:

  • r = 1,5 * (1 + 500 * 10 -5 ) mm = 1,5075 mm
  • R = 1,501 * (1 + 500 * 10 -5 ) mm = 1,508505 mm

Wie man sieht, vor dem Erhitzen R - r = 1 μm, während nach R - r ≈ 1.001 μm. Es steigerte sich!

Bitte beachte, dass meine Zahlen ziemlich wild sind und nur als Beispiel dienen. Ich bin sicher, dass ich die Startwerte falsch verstanden habe, aber ich hoffe, dass sie helfen, die Botschaft zu vermitteln.

alephzero
Wenn ein Abstand von 0,001 mm zwischen der Schraube und der Mutter vorhanden wäre, wäre die Mutter sowieso locker, so dass Sie keine Wärme benötigen, um sie zu lockern.

Tester101♦
Trifft das zu, wenn es keine Nuss gibt? Zum Beispiel, wenn der Bolzen in ein festes Stück Lagermaterial geschraubt wird, wie in meiner Antwort dargestellt?

Vladimir Cravero
@alephzero naja da gibt es einen Disclaimer über mich und Zahlen: P Tester101, das gilt auch für ein solides Stück. Wenn sich das Metall ausdehnt, dehnen sich auch die Löcher darin aus.

Mazura
@alephzero - Nicht, wenn es verrostet ist. Siehe Ecnerwals Antwort.

Tester101♦
Das macht für mich Sinn mit einer Mutter und einem Bolzen, da beide sich auf etwa die gleiche Temperatur erhitzen. Wenn jedoch der Bolzen in einem großen Stück Material wäre, würde ich denken, dass es schwierig sein würde, das Loch auf die gleiche Temperatur wie der Bolzen zu bringen.

Tester101

Das Geheimnis ist eingeschränkte Expansion .

Hier sind einige grobe Diagramme, um zu erklären, wie es funktioniert.

Bolzen steckt in einem Loch
Bolzen steckt in einem Loch

Wenn der Bolzen erhitzt wird, dehnt er sich aus. Da der Schaft des Bolzens gespannt ist, kann er sich nicht innerhalb des Lochs ausdehnen.

Bolzen expandiert
Der Bolzen dehnt sich in Richtung des grünen Pfeils aus, kann sich aber nicht in Richtung der roten Pfeile ausdehnen.

Wenn der Bolzen abkühlt, zieht er sich zusammen. Die Kontraktion ist jedoch nicht eingeschränkt. Dies bedeutet, dass der Bolzen in alle Richtungen schrumpfen kann, wodurch der Bolzen etwas kleiner wird.

Verschrauben Vertrag
Der Bolzen kann sich in alle Richtungen zusammenziehen.

Sobald der Bolzen abgekühlt ist, sollte er kleiner und leichter zu extrahieren sein.

Tester101♦
@ JPhi1618 Wenn es eine Nuss gibt, könnte es helfen, sie mit Wärme zu erweitern. Obwohl ich nicht viele Leute kenne, die gerne mit heißen Nüssen spielen.

isherwood
Außerdem wird der Bolzen wahrscheinlich schneller abkühlen als die größere Masse um ihn herum, was das Phänomen verstärkt.

BlueRaja - Danny Pflughoeft
-1 diese Antwort ist absurd, Sie behaupten, die Schraube schrumpft zurück zu kleiner als es bei der gleichen Temperatur war !? Wenn das wahr wäre, wäre es möglich, Metall jeder Dichte herzustellen, indem es in immer kleineren Löchern erhitzt / gekühlt wird. Die wirkliche Antwort ist wahrscheinlich "Ausdehnung des Lochs (aufgrund der Wärmeleitung) , plus ungleichmäßige Ausdehnung bricht alle Bindungen durch Rost"

Tester101♦
@ BlueRaja-DannyPflught nicht genau. Der Durchmesser des Gewindeabschnitts des Bolzens (des eingezwängten Abschnitts) wird sehr geringfügig kleiner sein, während die Länge des Bolzens sehr geringfügig länger sein wird. Wir reden hier nicht von einer großen Veränderung, wir sprechen von Tausendstel Zoll.

Random832
@ BlueRaja-DannyPflughoef Die Antwort macht für mich Sinn - im Wesentlichen wird der Bolzen "kaltgeformt" [obwohl an sich nicht wirklich so kalt] zu dem etwas relativ kleineren Loch (da es nicht so viel gedehnt hat).

Ecnerwal

Der Grund, warum dies normalerweise funktioniert, ist, dass Rost deutlich größer ist als der Stahl, aus dem er gerostet ist, weshalb der Bolzen an erster Stelle feststeckt. In einigen anderen Fällen ist der Grund, warum Hitze funktioniert, dass der Bolzen mit einem Schraubensicherungsmittel versehen wurde, das zum Entfernen erhitzt werden muss (wenn es ohne Anzeichen von Rost herauskommt, ist das eine ziemlich gute Wette)

Viele Formen von Rost enthalten "chemisch gebundenes Wasser" und werden dieses Wasser verlieren (und schrumpfen), wenn es ausreichend erhitzt wird.

Chris H
Ein weiterer Faktor in dieser Richtung ist, dass Metalle kalt schweißen können (zum Beispiel Stahl zu Aluminium). Differenzielle Wärmeausdehnung kann diese Verbindung knacken.

Mazura
Wärme ist das größte Trennmittel der Natur.

DrewJordan
nicht streiten, aber ich bin daran interessiert, mehr zu lernen. Gibt es eine Quelle, die das sagt?

Mazura
@DrewJordan - Nicht das ich finden kann; Mechanik ist nicht wirklich der "Literatur" -Typ. Sie wissen einfach, dass es funktioniert. IMO ist es 95% "Trennmittel" und 5% "eingeschränkte Expansion."

Ecnerwal
@DrewJordan Erklärt von einem Schmied / Waffenmeister. Viele Informationen über gebundenes Wasser, Heizung, um gebundenes Wasser freizusetzen (Keramik-Info hat eine Menge), und eine Menge Informationen über die Herstellung von Nanopartikeln (ohh, trendy - auch irrelevant) - nicht viel, was in die Volumenänderung resultiert Entfernen des gebundenen Wassers (Lose, die die Volumenänderung von Eisen / Stahl zu Rost erwähnen.)

isherwood

In einem Ring angeordnetes Metall dehnt sich beim Erhitzen nach außen aus. Stellen Sie sich vor, ein Ring aus dünnem Draht wird erhitzt - er dehnt sich hauptsächlich entlang seiner Länge aus, wodurch sowohl der Innen- als auch der Außendurchmesser größer werden. Das gleiche gilt für das Material um ein Bolzenloch herum.

Generell versuche ich, das umgebende Stück zu erhitzen und nicht den Bolzen selbst. Selbst wenn der Bolzen jedoch direkt erwärmt wird, führt die Leitung normalerweise zu einer Erwärmung des umgebenden Materials und daher zu einer Ausdehnung der Bohrung.

Weitere wissenschaftliche Informationen dazu

Betrachten Sie eine Unterlegscheibe oder einen anderen Metallring oder eine andere Scheibe mit einem Loch darin. Wenn der Ring erhitzt wird, erwarten wir, dass sich der Ring ausdehnt und Experimente bestätigen, dass er expandiert. Aber dehnt sich das Loch im Ring aus, zieht sich zusammen oder bleibt die gleiche Größe?

... [T] denke darüber nach, was du machst, wenn du versuchst, ein Einmachglas zu öffnen, und der Metalldeckel mit Schraubverschluss fest sitzt. Sie klopfen entweder mit einem Löffel auf den Deckel (um zu versuchen, einen Teil des festsitzenden Deckels zu lösen), oder Sie legen den Deckel unter heißes Wasser. Letzteres tun Sie, weil Sie wissen, dass sich der Metalldeckel stärker ausdehnt als das Glas, so dass es einfacher ist, den Deckel abzunehmen.

Und wenn wir sagen, dass sich der Metalldeckel mehr ausdehnt als das Glas, dann meinen wir, dass sich das Loch im Deckel ausdehnt.

Zach Mierzejewski
Dies ist genau das, was meine mechanische Ressource online sagt; heizen Sie den umgebenden Teil, nicht den Bolzen. Twist während heiß. Ich denke jedoch, dass Ihre Vermutung, den Bolzen nur zu erhitzen und sich auf die Leitung zu verlassen, irreführend ist, weil es das genaue Gegenteil dessen ist, was Ihr Hauptpunkt ist.

isherwood
Nein, es ist eine Alternative, die manchmal die einzige Option ist und immer noch funktionieren kann. Lass uns nicht zu pedantisch werden, sollen wir? Schließlich ist es das Ziel, den Bolzen herauszuholen. :)

Doug McClean
"Oder Sie legen den Deckel unter heißes Wasser." Tue ich das nicht, weil der Inhalt heiß war, wenn er versiegelt wurde, und jetzt bei Raumtemperatur bei einem niedrigeren als atmosphärischen Druck gelagert werden, der eine Kraft bereitstellt, die den Deckel hält? Und das Erhitzen des Inhalts (oder zumindest der Luft über ihnen) kehrt diesen Prozess um?

isherwood
Es handelt sich um die Reibung zwischen den Gewindegängen des Deckels und den Gewindegängen des Glases. Ein leichter Druck innen oder außen hat relativ wenig Einfluss auf die Drehung des Deckels.

Ben Welborn

Meiner Erfahrung nach muss man einen gefrorenen Bolzen erwärmen, bis er glühend, glühend und weich wird, und ihn entfernen, solange er heiß und weich ist. Es hat mir nie geholfen, den Bolzen zu erhitzen und zu kühlen. Als sich das Metall zusammenzieht, greift der Bolzen; es löst sich normalerweise nicht ... es macht wahrscheinlich die Situation schlimmer.

Dasselbe gilt für Trinkgläser, die zusammen hängen geblieben sind ... kalt, Kontraktion ist die Ursache für das Festfressen .

Mazura
Ich lasse es nicht abkühlen, aber Rotglut ist viel zu weit; Sie riskieren, den Bolzen zu scheren. Was dann .... bohrt und tippt.

Ben Welborn
@ Mazura, wenn der Bolzen heiß ist, wird es wie heißer Käse zeichnen und gleiten. Scheren ist ein Problem für kalten Käse. Käse zerbröckelt und bricht, wenn es kalt ist, nicht so sehr, wenn es heiß ist. Aber ja, es könnte immer noch passieren ... wenn es schert, kann man beruhigt sein, wenn man weiß, dass es in beiden Richtungen passiert wäre, und weniger wahrscheinlich, wenn es weich und dehnbar ist.

J.J
Das ist völlig die richtige Antwort, die saugt, weil es am unteren Rand mit 0 Stimmen ist, und alle anderen Antworten über einen Unterschied in der Erweiterung sind nur Müll. Was auch immer Ihr Schrauben- / Mutternmaterial und was auch immer Sie mehr aufheizen, die Ausdehnung des Materials, in das der Bolzen geschraubt wird, wird sich in den Hohlraum hinein ausdehnen, nicht die Größe des Hohlraums erweitern. Das Heizen / Kühlen Argument könnte Sinn machen, aber ich bezweifle wirklich, dass die Auswirkungen signifikant sind. Plus es ist nicht, was Leute tun. Nein, der Grund dafür ist, dass das heiße Metall eine viel geringere Federspannung auf das Gewinde hat, wodurch der Bolzen tatsächlich gehalten wird.

Ben Welborn
@JJ ja, sie denken, sie sind Wissenschaftler. Ich bin ein echter Wissenschaftler, und ich habe in der Schmiede gearbeitet und unter mehr Fahrzeugen, als ich zählen kann. Aber was auch immer, die Wahrheit ist nicht immer populär.

spritle

@Vladimir Cravero (Entschuldigung nicht genug rep, um einen Kommentar einzugeben) ...

Ich denke, dass eine Klärung der Antwort notwendig ist. Die Nuss dehnt sich nicht "mehr" aus, sie endet größer, aber die% Zunahme ist gleich.

 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% 

Meine Vorstellung von der Wirkung der Erwärmung ist, dass sich nicht nur der Bolzen und die Mutter oder der Block ausdehnen, sondern auch der Raum zwischen ihnen sich ausdehnt, vergiss das nicht.

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

etwas größerer Raum dazwischen, einfacher zu entfernen. :)

frnhr
Es dehnt sich jedoch "um mehr" aus.

Douglas Held
Dies ist meiner Meinung nach die einzig richtige Antwort hier. Der Bolzen wird größer, die Mutter wird größer und der Abstand zwischen ihnen vergrößert sich. Und genau in diesem Sinne habe ich von meinem Physiklehrer das Prinzip gelernt.

JimmyJames

Ich denke, dass es mehrere Faktoren gibt, die zu diesem Effekt beitragen, aber ich denke, einer wurde nicht erwähnt. Eine andere Möglichkeit, einen festsitzenden Bolzen loszulassen, besteht darin, ihn zu schockieren, indem man ihn scharf trifft. In der Regel ist das etwas, was man wie ein Ventil macht, aber ich denke, das zugrunde liegende Problem ist das gleiche. Für Rost würde ich erwarten, dass dies die spröde Struktur des Oxids sprengen kann. Ein weiterer Faktor ist, dass es zwei Arten von Reibung gibt. Es gibt statische Reibung und kinetische Reibung. Betrachten Sie eine schwere (gefüllte) Pappschachtel auf einem Boden. Wenn Sie versuchen, es zu verschieben, wird es zunächst "festhängen". Sobald sich die Box bewegt, gleitet sie viel leichter. Das ist der gleiche Grund, warum es schlecht ist, die Bremsen an einem Auto zu blockieren. Sobald der Gummi anfängt zu gleiten, wird die Reibung deutlich reduziert.

Temperatur ist das Maß für die durchschnittliche kinetische Energie der Moleküle einer Substanz. Das heißt, die Moleküle bewegen sich in jeder Substanz wärmer als der absolute Nullpunkt und je schneller sie sich bewegen, desto höher ist die Temperatur. Wenn Sie etwas erhitzen, fügen Sie dem System kinetische Energie hinzu. Dies bewirkt buchstäblich, dass sich die Moleküle des Bolzens immer schneller bewegen. In einem Feststoff bewegen sich die Moleküle nicht frei im Raum und vibrieren im Wesentlichen. Das folgende Bild zeigt, wie sich Metallmoleküle beim Erhitzen bewegen.

Bildbeschreibung hier eingeben

Ich denke, es ist möglich, dass diese energetische Bewegung an sich den gleichen Effekt erzeugt wie die Schockwelle, die durch ein heftiges Klopfen verursacht wird. Dies und eine ungleiche Größenänderung des Bolzens und der Mutter könnten die Haftreibung brechen und / oder den brüchigen Rost zerbrechen. Ich weiß, wenn man eine verrostete gusseiserne Pfanne hat, besteht eine Lösung darin, sie in ein heißes Feuer zu stellen, und der Rost fällt einfach ab.


Fizz

Weil die Hitze nicht sofort fortschreitet, dehnt sich die Nuss mehr aus als der Bolzen ... wenn Sie Dinge richtig stellen ... was nicht trivial ist. Für ein Lager anstelle einer Mutter / Schraube ist diese [Induktions-] Erwärmung eine industrielle Methode der Entfernung, wie sie in diesem Video zum Beispiel und noch mehr zum Befestigen gezeigt wird. Die Entfernung erfolgt in diesem Fall sofort, sobald der Lagerring ausreichend erwärmt ist. Das Problem mit einer Mutter / Bolzen ist, dass viel Wärme auf den Bolzen übertragen wurde, vielleicht bevor Sie die Mutter entfernen. Zitieren von einem Praktiker dieser Kunst "Sie möchten die Nuss und nicht den Bolzen erhitzen".

Das Problem wird durch die Tatsache noch verstärkt, dass es keine einzige Methode gibt, dies zu tun. Sie können in diesem anderen Video sehen, dass die Nuss viel weißer als der Bolzen wird, was bedeutet, dass es viel heißer wird, wenn es erhitzt wird. Der Haken ist, dass zu dem Zeitpunkt, zu dem die Nuss entfernt wurde, keiner mehr [in diesem letzten Video] leuchtet, so dass wir ihre Temperatur [Unterschied] nicht visuell angeben können. Luft ist jedoch ein viel besserer Isolator, daher vermute ich, dass der Bolzen schneller abkühlt als die Mutter, weil er Kontakt mit mehr Metall hat, das als Kühler wirkt. Ein Video mit einer Wärmebildkamera wäre ein eindeutiger Beweis, aber ich konnte keinen finden. Die Beschreibung dieses letzten Videos sagt auch, dass korrosive Bindungen durch Erwärmung gelockert werden, was auch gut sein kann, aber ich habe die Wissenschaft auf diesem Stück nicht überprüft; Diese Behauptung geht auch davon aus, dass diese Anleihen nicht sofort durch Kühlung wiederhergestellt werden.

Und für das Szenario, das in der Frage des Fragestellers dargestellt ist: In der Praxis funktioniert das nicht. Wenn Sie die zweite Hälfte dieses halbstündigen Videos anschauen, heizt der Typ vorsichtig den Rahmen um den Bolzen selbst auf, und es braucht viel Zeit, Geduld und Sorgfalt, um erfolgreich zu sein, wenn die "Nuss" ein großes Stück ist.


Daniel

Setzen Sie einen Penny in einen Türpfosten und schließen Sie ihn. Die Tür wird kaum zu öffnen sein, weil Reibung sie an Ort und Stelle hält. Durch das Biegen der restlichen Tür wird verhindert, dass sie sich bewegt. Ein verrosteter Bolzen ist im Wesentlichen das gleiche Prinzip - viele kleine Bindungen, die durch oxidiertes Metall an den Gewindegängen der Bolzen gebildet werden, verhindern, dass er sich dreht.

Die Hitze und die Ausdehnung des Metalls dienten einfach dazu, diese Bindungen zu brechen. Es hat nichts mit Thermodynamik oder irgendeinem anderen wissenschaftlichen Unsinn zu tun. Es ist die einfache mechanische Wirkung des expandierenden Metalls, das den Rost bricht.

JimmyJames
Wie bricht die Hitze diese Bindungen ohne "wissenschaftlichen Unsinn"? Zauber?

isherwood
Wie ist Reibung weniger "wissenschaftlich" als thermische Ausdehnung? Ist Ihnen bewusst, dass Reibung und Druck direkt zusammenhängen? Ihr eigenes Beispiel demonstriert dies. Wer hat überhaupt etwas über Rost gesagt?
For any question please email answer.adv@gmail.com