Металл при нагревании расширяется или сжимается
Известно, что все металлы
при нагревании
расширяются,
а при охлаждении
сжимаются.
Степень увеличения или уменьшения первоначального размера металла при изменении температуры на один градус характеризуется
коэффициентом линейного расширения.
Таким образом, длина l какой-то детали после нагрева на температуруt°
— коэффициент линейного расширения.
При наблюдении за изменением объема детали используют коэффициент объемного расширения,
который определяется как утроенный коэффициент линейного расширения.
Материалы, имеющие большой коэффициент расширения, применяются в приборостроении для деталей автоматически действующих механизмов. При определенной температуре такие детали, удлиняясь, могут включать либо размыкать электрическую цепь.
Минимальный коэффициент линейного расширения имеет сплав Fe — Ni, называемый инваром.
Его коэффициент расширения в 8 раз меньше железа.
Теплопроводность металлов
Различные детали теплотехнической аппаратуры — радиаторы автомобилей и самолетов, внутренние стенки рабочих камер холодильных установок, стенки котлов и т.д. — должны обладать способностью хорошо проводить тепло.
Детали и инструменты, подвергающиеся в процессе работы местным разогревай, также должны быстро отдавать это тепло, чтобы не (наступало оплавление.
Способность проводить тепло называется теплопроводностью.
Лучшей теплопроводностью обладают чистые металлы, такие, как:
При какой температуре сужается металл
При охлаждении металл сжимается, его объем уменьшается, но удерживается расположенным вокруг металлом, длина и ширина которого не изменялась. Необходимо, чтобы дополнительное утолщение, полученное при растяжении металла, было восстановлено после охлаждения. Но так как металл имеет температуру, не соответствующую максимальной пластичности, то, сжимаясь, он поглощает небольшую часть удлинения окружающего металла.
Усиление осаживания металла осуществляется различными способами:
уменьшением скорости распространения теплоты путем создания кольца вокруг нагретой части металла из мокрой ветоши;
противодействием деформации путем нажатия на металл ручкой молотка или другим предметом около нагретой точки;
выстукиванием границ точки металла, нагретого докрасна, а затем и самой нагретой точки киянкой или рихтовочным молотком.
Наибольшее применение имеет последний способ.
Рассмотрим порядок выполнения технологических операций рихтовки различными способами.
При рихтовке нагреванием и выстукиванием горелку быстро подводят к центру пузыря, прогревают его и горелку отводят, когда разогретое докрасна пятно достигнет диаметра, равного максимум 12 мм.
При нагреве необходимо следить, чтобы металл не начал плавиться. Если нагретое пятно будет большего диаметра, это вызовет гораздо большую усадку, чем надо. Если работа выполняется в одиночку, то горелку откладывают, под лист (почти под дефект) помещают наковаленку. Быстро выстукивают не покрасневший металл вокруг нагретой точки, а затем и нагретую точку, пока металл еще остается темно-красным.
Обработку предпочтительнее вести деревянной киянкой. При рихтовке молотком-гладилкой сила удара должна быть небольшой, чтобы не создать растяжения металла вместо усаживания.
Если пузырь небольшой, то достаточно провести обработку одной точки.
Работу можно считать завершенной только тогда, когда металл остынет до температуры окружающей среды. Для ускорения охлаждения применяют мокрую ветошь или пропитанную водой губку. Если необходимы дополнительные точечные нагревы, то их делают не более двух-трех между каждым охлаждением. Их располагают вокруг центральной точки.
После охлаждения нагретого листа проводят легкую рихтовку прогретого сектора, чтобы выровнять поверхность металла, которая имела до этого деформацию.
Расположение точек усадки зависит от формы пузыря. Если пузырь круглый, то точки располагаются по радиусу. Если пузырь длинный и узкий, то точки нагрева располагают узкими рядами.
Коэффициенты температурного расширения металлов
В таблице представлены значения коэффициента температурного расширения металлов (коэффициент линейного расширения металлов) в зависимости от температуры.
Значения коэффициента температурного расширения металлов даны для следующих металлов: алюминий Al, бериллий Be, висмут Bi, вольфрам W, галлий Ga, железо Fe, золото Au, иридий Ir, кадмий Cd, кобальт Co, магний Mg, марганец Mn, медь Cu, молибден Mo, никель Ni, олово Sn, платина Pt, родий Rh, свинец Pb, серебро Ag, сурьма Sb, титан Ti, хром Cr, цинк Zn.
Коэффициент линейного теплового расширения металлов в таблице приведен со множителем 10 6 . Например, значение коэффициента температурного расширения металлов в таблице для алюминия при 0°С указано 22,8, а с учетом множителя 10 6 , это значение составляет 22,8·10 -6 1/град.
Следует отметить, что к металлам с низким коэффициентом расширения относятся такие металлы, как вольфрам, молибден, сурьма, титан и хром. Наименьшее линейное удлинение при нагревании испытывает вольфрам — коэффициент линейного расширения этого металла составляет величину от 4,3·10 -6 при 0°С до 5,8·10 -6 1/град при температуре 2100°С.
Металлом, который максимально хорошо расширяется при нагреве, является цинк — его коэффициент температурного расширения имеет значение от 22·10 -6 до 34·10 -6 1/град. Также хорошо расширяются при нагревании такие металлы, как алюминий, кадмий и магний.
Примечание: температурные коэффициенты линейного расширения сталей (более 300 марок) представлены в этой статье.
Учебные материалы
Около 10…15 % всей энергии, затраченной на пластическую деформацию, поглощается металлом и накапливается в нем. Остальная часть энергии идет на нагрев металла.
Деформированный металл находится в неравновесном, неустойчивом состоянии, и в нем могут протекать процессы, направленные на достижение устойчивого состояния. Этот переход связан с уменьшением искажений в кристаллической решетке и снятием напряжений, что в свою очередь определяется возможностью перемещения атомов.
С повышением температуры подвижность атомов увеличивается и начинают развиваться процессы, приводящие металл к равновесному состоянию. По мере нагрева деформированный металл проходит стадии возврата и рекристаллизации, в результате чего изменяются его структура и свойства (рисунок 20).
В области возврата (при нагреве до 0,3 Тпл) происходит повышение структурного совершенства металла в результате уменьшения плотности дефектов строения. При этом не наблюдается заметных изменений структуры, видимой в оптический микроскоп. Механические свойства металла изменяются незначительно, порядка на 5…7 %.
При низких температурах (ниже 0,2 Тпл) протекает первая стадия возврата — отдых, когда происходит уменьшение точечных дефектов (вакансий) и перераспределение дислокаций без образования субграниц. При нагреве вакансии поглощаются дислокациями, которые двигаются к границам зерен. Часть дислокаций противоположного знака уничтожается.
Рисунок 20 — Изменение структуры и свойств деформированного металла при нагреве
Вторая стадия возврата — полигонизация, под которой понимают дробление (фрагментацию) кристаллов на субзерна (полигоны). При нагреве беспорядочно распределенные дислокации одного знака выстраиваются в дислокационные стенки, что приводит к образованию в монокристалле или в зерне поликристалла субзерен (полигонов), свободных от дислокаций и отделенных дислокационными границами (рисунок 21).
Этот процесс протекает обычно при небольших деформациях при температуре (0,25…0.3)Тпл, и им создаются условия для образования в структуре металла зародышей новых зерен.
Рисунок 21 — Схема процесса полигонизации
Стадия первичной рекристаллизации в деформированном металле происходит при его нагреве выше 0,3Тпл. При высоких температурах подвижность атомов возрастает и образуются новые равноосные зерна.
Образование новых, равноосных зерен вместо ориентированной волокнистой структуры деформированного металла называется первичной рекристаллизацией.
В деформированном металле на участках с повышенной плотностью дислокаций образуются и растут зародыши. Образуется совершенно новое зерно, по размерам отличающееся от исходного до деформации. Наклеп практически полностью снимается, и свойства приближаются к их исходным значениям.
Температура, при которой начинается процесс рекристаллизации называется температурным порогом рекристаллизации.
Температурный порог рекристаллизации (Тр) связан с температурой плавления металла зависимостью А.А.Бочвара:
где Тпл — абсолютная температура плавления, К;
а — коэффициент, зависящий от чистоты металла.
Для металлов высокой чистоты а = 0,1…0,2; для технически чистых металлов а=0,4; для сплавов твердых растворов а = 0,5…0,6.
Для некоторых металлов значение температурного порога рекристаллизации приведено в таблице 2.
Рекристаллизационный отжиг малоуглеродистых сталей проводят при 600…700 0С, латуней и бронз при 560…700 0С, алюминиевых сплавов при 350…450 0С, титановых сплавов при 550…750 0С.
Собирательная рекристаллизация проходит после завершения первичной рекристаллизации в процессе дальнейшего нагрева. Она заключается в росте образовавшихся новых зерен. Движущей силой собирательной рекристаллизации является поверхностная энергия зерен. При укрупнении зерен общая протяженность их границ становится меньше, что соответствует переходу металла в более равновесное состояние.
Таблица 2 — Температура начала рекристаллизации технически чистых металлов
| Металл | Температура плавления, 0С | Температура рекристаллизации, 0С |
| Вольфрам | 3400 | 1200 |
| Молибден | 2625 | 900 |
| Железо | 1539 | 450 |
| Медь | 1083 | 200 |
| Алюминий | 660 | 100 |
Особенность собирательной рекристаллизации состоит в том, что рост происходит не в результате слияния нескольких мелких зерен в одно более крупное зерно, а одни зерна растут за счет других зерен, ”поедая” их вследствие перехода атомов через границы раздела. Зерна с вогнутыми границами растут за счет зерен с выпуклыми границами (рисунок 22). Атом на вогнутой поверхности имеет большее число соседей и, следовательно, меньшую энергию, по сравнению с атомами на выпуклой поверхности. Малые зерна постепенно исчезают. Собирательная рекристаллизация, вызывающая образование крупного зерна и разнозернистости, способствует снижению механических свойств металлов и поэтому чаще всего недопустима для наклепанного металла.
Рисунок 22 — Схема роста зерен при собирательной рекристаллизации
На свойства металла большое влияние оказывает размер зерен, получившихся при рекристаллизации. Основными факторами, определяющими величину зерен металла при рекристаллизации, являются температура, продолжительность выдержки при нагреве и степень производительной пластической деформации (рисунок 23).
Величина зерна возрастает с повышением температуры нагрева и времени выдержки. При температурах Т1 и Т2 (выше Тр) образование рекристаллизованного зерна происходит не сразу, а через некоторый отрезок времени t1 и t2, который называется инкубационным.
Рисунок 23 — Влияние температуры (а), продолжительности нагрева (б) и степени деформации (в) на величину рекристаллизованного зерна
Наиболее крупные зерна образуются после незначительной предварительной деформации, обычно порядка 3…15 %, такую степень деформации называют критической.
Критической называют такую минимальную степень деформации, выше которой при нагреве становится возможной первичная рекристаллизации.
Какой металл при нагревании сжимается
На уроках физики нам вдолбили - ЛЮБОЕ ВЕЩЕСТВО ПРИ НАГРЕВАНИИ РАСШИРЯЕТСЯ! А вот пример не из научного, но из практического применения такого вещества (по внешнему виду металл, белого цвета. ) которое при нагревании сжимается.
Принесли мне как то нерабочее тепловое реле (терморегулятор релейного типа) от бойлера, ну и просят - Вот типа, - стоит эта загогулина около сотни баксов! Для нас енто типа дороговато, - посмотри, - может что и придумаешь!
Ну взялся я, - разобрал енту релюху, и вот я постепенно начинаю понимать прицеп действия, до селе не разу не видавший нечего подобного! для меня это было по началу не понятно, но за минут 10 разобрался ,-что к чему, Раньше я нечто подобное видел, но там всё было по другому устроено. Енто чудо техники работает на сжатии металлического прутка. который расположен в трубке, которая в свою очередь является непосредственно внешней оболочкой термодатчика. в конце трубка обжимает проходящий сквозь неё пруток. С другой стороны трубка в ходит в корпус реле, пруток выходящий из трубки присоединен к коромыслу. Средняя часть коромысла упирается в корпус реле которая обращена в сторону где выходит рубка термодатчика. Конец коромысла связан с би металлической пластиной, которая переключает контакты реле. Из всего этого следует - что при нагревании трубки, пруток в трубке с какого то перепуга сжимается, гайка что накручена на прутке давит на коромысло, а то в свою очередь приводит в движение механизм переключения контактов реле. Я тут прикалывался - начальнику своему показывал. - Вот типа смотри, - законы физики наоборот, его нагреваешь и он сжимается!! ! Тот тоже репу немного почесал, нечего толком не поняв, развернулся, пошел к себе, со словами - хрен его знает, - никогда раньше такого не видел!! ! А у человека два высших образования!
Может кто не будь знает, - что это за металл такой?
Хо, мужик, да ты гений! Ты открыл (для себя) ДИЛАТОМЕТРИЧЕСКИЙ ТЕРМОМЕТР. В Гугл с новым термином послать, или сам-сам?
Ну, в общем, кратко поясню: стержень твой не сжимается. Не, честно: как раз он-то сделан из металла с МАЛЫМ тепловым РАСШИРЕНИЕМ. То есть, он ПОЧТИ не расширяется. А вот трубочка-то - медная (латунная).. . а пруток прикреплён к ДАЛЬНЕМУ концу трубочки.. . Намёк понятен?
;-)
А марка твоего "терморегулятор релейного типа" на этом принципе была, скорее всего, ТУДЭ - Терморегулирующее Устройство Дилатометрическое Электроконтактное (хотя есть варианты, но более редкие) . Техника по сути неубиваемая и простая, как кирпич. Даже не "устаёт", в отличие от биметаллических. И что с ним сотворили, что он таки умудрился накрыться?
в терморегуляторе (в самой трубке) - стоит биметалическая пластина.. .
нет там никаких металлов с фантастическими свойствами за 100 баксов
100 баксов стоит весь водонагреватель на 50 л. .
а новый терморегулятор стоит 3 - 4 доллара. на любом хоз рынке
Сфотографируй что-ли. . Или схему нарисуй, а то на словах тяжко доходит. .
Я так думаю, что всё там расширяется. И стержень, и трубка, в которой он закреплён.
А вся штука в том, что трубка расширяется сильнее стержня.
Ещё может тут играют на том, что стержень начинает расширяться позже трубки. Таким образом он сначала становится короче трубки. А затем догоняет.
Процессы, происходящие в металлах и сплавах при нагревании. Динамика изменения механических и теплофизических свойств.
Если металл расширяется при нагревании, как нагрев болта ослабляет его?
Если у вас возникли проблемы с удалением застрявшего болта, общий совет - нагреть болт. Но если металл расширяется при нагревании, не станет ли нагрев болта более трудным для его удаления? Каким образом нагревание болта отклеивает его?
Зависит. Это изъято (от ржавчины) или слишком затянуто? Слишком затянутый твой ответ; захватили Экнервала.
@Mazura, моя первоначальная мысль была слишком затянута, но я изначально не указывал это, поэтому добавить ее сейчас немного поздно.
Если вы говорите о гайке на болте, нагрев гайки больше, чем болт, приведет к увеличению гайки относительно болта. Это простое и понятное действие - вам нужно просто позаботиться о том, чтобы сконцентрировать тепло на гайке, а не на болте. Для других сценариев вам нужно немного подумать о ситуации и сконцентрировать тепло на той части, которую вы хотите расширить. Иногда помогает использование какого-либо охлаждения на одной части.
Обычный (разумный) совет - нагревать гайку, а не болт. Если вы действительно думаете, что то, что вы предлагаете здесь, и ваш ответ действительно работает, опубликуйте видео с измеренными моментами.
Ответ на удивление прост: болт расширяется, но гайка расширяется больше .
То, что здесь происходит, это старое доброе тепловое расширение:
- Болт нагревается и расширяется наружу, его радиус увеличивается
- Гайка нагревается и . расширяется наружу, радиус увеличивается
Теперь, поскольку радиус гайки немного больше, чем у болта, и поскольку увеличение пропорционально длине покоя, гайка расширяется немного больше.
Железо имеет тепловой коэффициент в приблизительном поле 10 -5 / K. Это означает, что для каждого повышения температуры на 1 К у вас есть увеличение размера на 10 -5 : 1 м стержень становится длиной 1,00001 м.
Если у вашего болта r = 1,5 мм, а у гайки R = 1,501 мм, что произойдет, если температура увеличится на 500 K? Что ж:
- r = 1,5 * (1 + 500 * 10 -5 ) мм = 1,5075 мм
- R = 1,501 * (1 + 500 * 10 -5 ) мм = 1,508505 мм
Как видно, до нагревания R - r = 1 мкм, а после R - r ≈ 1.001 мкм. Это увеличилось!
Если бы между болтом и гайкой был зазор 0,001 мм, гайка в любом случае ослабла бы, поэтому вам не понадобится нагрев, чтобы ослабить ее.
Верно ли это, когда нет гайки? Например, если болт ввинчивается в цельный кусок заготовки, как показано в моем ответе?
@alephzero, ну, есть отговорка обо мне и числах: P Tester101, это касается и солидной части. Когда металл расширяется, отверстия в нем тоже расширяются.
Это имеет смысл для меня с помощью гайки и болта, так как они нагреваются примерно до одинаковой температуры. Однако, если бы болт был в большом клочке материала, я бы подумал, что было бы трудно довести отверстие до той же температуры, что и болт.
Вот некоторые грубые диаграммы, которые помогут объяснить, как это работает.
Болт застрял в отверстии
Когда болт нагревается, он расширяется. Поскольку стержень болта ограничен, он не может расширяться внутри отверстия.
Болт расширяется в направлении зеленой стрелки, но не может расширяться в направлении красных стрелок.
Как болт остывает, он сжимается. Сокращение, однако, не ограничено. Это означает, что болт может сжиматься во всех направлениях, делая его немного меньше.
Болт может сжиматься во всех направлениях.
Как только болт остынет, он должен быть меньше и его легче извлечь.
@ JPhi1618 Если есть гайка, может помочь расширение ее теплом. Хотя я не знаю многих людей, которые любят играть с горячими орехами.
-1 этот ответ абсурден, вы утверждаете, что винт сжимается до меньшего размера, чем при той же температуре !? Если бы это было правдой, было бы возможно сделать металл любой плотности, нагревая / охлаждая его в отверстиях меньшего и меньшего размера. Реальный ответ, вероятно, «расширение отверстия (из-за теплопроводности) плюс неравномерное расширение, разрушающее любые связи, вызванные ржавчиной»
@ BlueRaja-DannyPflughoeft не совсем так. Диаметр резьбовой части болта (ограниченная часть) будет очень немного меньше, а длина болта будет немного больше. Мы не говорим об огромных изменениях здесь, мы говорим о тысячных долях дюйма.
@ BlueRaja-DannyPflughoeft Ответ имеет смысл для меня - по сути, болт становится «холодногнутым» (хотя и не таким уж холодным как таковым) в относительно небольшом (так как он не так сильно расширился) отверстии меньшего размера.
Фактическая причина, по которой это обычно работает, заключается в том, что ржавчина значительно больше, чем сталь, из которой она проржавела, именно поэтому болт застрял в первую очередь. В некоторых других случаях тепловые работы состоят в том, что болт был применен с помощью резьбового замка, для снятия которого требуется нагрев (если он выходит без следов ржавчины, это очень хорошая ставка)
Многие виды ржавчины содержат «химически связанную воду» и теряют эту воду (и сжимаются) при достаточном нагревании.
Еще одним фактором в этом направлении является то, что металлы могут подвергаться холодной сварке (например, от стали к алюминию). Дифференциальное тепловое расширение может взломать это соединение.
@DrewJordan - Не то, чтобы я мог найти; механика на самом деле не «литературный» тип. Они просто знают, что это работает. ИМО - это 95% «антиадгезив» и 5% «ограниченное расширение».
@DrewJordan Объяснил мне кузнец / оружейник. Много информации о связанной воде, нагреве для выпуска связанной воды (информации о керамике очень много) и куча информации о создании каких-то наночастиц (ооо, модно - тоже неактуально) - не так много, что попадает в изменение объема в результате изменения объема удаление связанной воды (много, где упоминается изменение объема железа / стали к ржавчине.)
Металл, расположенный в кольце, расширяется наружу при нагревании. Представьте себе кольцо из тонкой проволоки, которое нагревается - оно расширяется в основном по всей длине, увеличивая как внутренний, так и внешний диаметры. То же самое происходит с материалом вокруг отверстия для болта.
Вообще, я стараюсь нагревать окружающий кусок, а не сам болт. Однако, даже если болт нагревается напрямую, проводимость обычно приводит к нагреву окружающего материала и, следовательно, расширению канала.
Рассмотрим шайбу или другое металлическое кольцо или диск с отверстием в нем. Когда кольцо нагревается, мы ожидаем, что кольцо расширится, и эксперименты подтвердят, что оно расширяется. Но расширяется ли отверстие в кольце, сжимается или остается того же размера?
. [T] намек на то, что вы делаете, когда пытаетесь открыть банку с масоном, и металлическая крышка с завинчивающейся крышкой застряла. Либо постучите по крышке ложкой (чтобы попытаться освободить застрявшую часть крышки), либо поместите крышку под горячую воду. Вы делаете последнее, потому что знаете, что металлическая крышка будет расширяться больше, чем стеклянная банка, и поэтому будет легче снять крышку.
И говоря, что металлическая крышка будет расширяться больше, чем стеклянная банка, мы действительно имеем в виду, что отверстие в крышке будет расширяться.
Это именно то, что говорит мой механический ресурс онлайн; нагревают окружающую часть, а не болт Твист пока горячо. Тем не менее, я думаю, что ваша гипотеза о том, чтобы просто нагреть болт и полагаться на проводимость, вводит в заблуждение, потому что это полная противоположность вашей главной цели.
Нет, это альтернатива, которая иногда является единственным вариантом и все еще может работать. Давайте не будем слишком педантичными, не так ли? В конце концов, цель состоит в том, чтобы выпустить болт. :)
"или вы кладете крышку под горячую воду." Разве я не делаю этого, потому что содержимое было горячим при запечатывании, и теперь при комнатной температуре оно хранится при давлении ниже атмосферного, которое обеспечивает силу, которая действует, чтобы удерживать крышку? И нагревание содержимого (или, по крайней мере, воздуха над ними) полностью изменяет этот процесс?
Мы говорим о трении между нитями крышки и нитями банки. Небольшое давление внутри или снаружи оказывает сравнительно небольшое влияние на вращение крышки.
По моему опыту, вы должны нагреть замерзший болт, пока он не вздуется, не станет красным и не станет мягким, и вынуть его, пока он горячий и мягкий. Нагревание болта и его охлаждение никогда не помогало мне. Когда металл сжимается, болт захватывает; это обычно не ослабляет . это, вероятно, ухудшает ситуацию.
То же самое относится и к стаканам, которые застряли вместе . холод, сокращение - причина схватывания .
Я не даю этому остыть, но раскаленный докрасна слишком далеко; вы рискуете срезать болт. Тогда что . сверла и метчики.
@mazura, когда болт горячий, он будет тянуться и скользить как горячий сыр. стрижка является проблемой для холодного сыра. Сыр крошится и ломается, когда холодно, не так сильно, когда жарко. Но да, это все еще может произойти . если оно срезается, вы можете успокоиться, зная, что это произошло бы в любом случае, и менее вероятно, когда оно мягкое и эластичное.
Это абсолютно правильный ответ, который отстой, потому что он внизу с 0 голосами, а все остальные ответы о разнице в расширении - просто мусор. Каким бы ни был материал вашего болта / гайки, и чем бы вы ни нагрели больше, расширение материала, в который ввинчивается болт, будет расширяться в полость, а не расширять размер полости. Аргумент о нагревании / охлаждении может иметь смысл, но я действительно сомневаюсь, что эффекты значительны. Плюс не то, что делают люди. Нет, причина в том, что горячий металл имеет гораздо меньшее натяжение пружины на резьбе, что и является тем, что фактически удерживает болт.
@JJ да, они думают, что они ученые. Я настоящий ученый, и я работал в кузнице, и под большим количеством транспортных средств, чем я могу сосчитать. Но как бы то ни было, правда не всегда популярна.
@Vladimir Cravero (извините, не хватает представителя для ввода комментария) .
Я думаю, что разъяснение ответа необходимо. Орех не расширяется «больше», он становится больше, но увеличение в% такое же.
Мое восприятие эффекта нагрева состоит в том, что болт и гайка или блок не только расширяются, но и пространство между ними расширяется, не забывайте об этом.
немного большее пространство между ними, легче удалить. :)
Это, на мой взгляд, единственный правильный ответ здесь. Болт увеличивается, гайка увеличивается, а пространство между ними увеличивается. И именно в этих словах мой учитель физики научил меня этому принципу.
Я думаю, что есть несколько факторов, которые способствуют этому эффекту, но я думаю, что один не был упомянут. Еще один способ освободить застрявший болт - это сильно ударить по нему. Обычно вы делаете что-то большое, например, клапан, но я думаю, что основная проблема та же. Что касается ржавчины, я ожидаю, что это может разрушить хрупкую структуру оксида. Другим фактором является то, что существует два типа трения. Есть статическое трение и кинетическое трение. Рассмотрим тяжелую (заполненную) картонную коробку на полу. Если вы попытаетесь сдвинуть его, он будет изначально «застрял». Как только коробка начинает двигаться, она скользит намного легче. Это та же самая причина, по которой плохо тормозить машину. Как только резина начинает скользить, трение значительно уменьшается.
Температура - это мера средней кинетической энергии молекул вещества. То есть молекулы движутся в любом веществе теплее абсолютного нуля, и чем быстрее они движутся, тем выше температура. Когда вы нагреваете что-то, вы добавляете кинетическую энергию в систему. Это буквально заставляет молекулы болта двигаться все быстрее и быстрее. В твердом теле молекулы не движутся свободно в пространстве и по существу вибрируют. На следующем изображении показано, как молекулы металла движутся при нагревании.
Я думаю, что это энергичное движение само по себе может создать тот же эффект, что и ударная волна, вызванная резким ударом. Это и неравномерное изменение размера болта и гайки может сломать статическое трение и / или разрушить хрупкую ржавчину. Я знаю, что если у вас есть ржавая чугунная сковорода, одно из решений - поставить ее на горячий огонь, и ржавчина просто отвалится.
Поскольку тепло не распространяется мгновенно, гайка будет расширяться больше, чем болт . если вы правильно рассчитаете время . что не тривиально. Для подшипника, а не для гайки / болта, этот [индукционный] нагрев является промышленным методом удаления, как показано в этом видео, например, и даже в большей степени для крепления. В этом случае удаление происходит мгновенно, когда кольцо подшипника достаточно нагрето. Проблема с гайкой / болтом заключается в том, что большое количество тепла могло перейти к болту, возможно, до того, как вы закончите снятие гайки. Цитирую практикующего этого искусства: «Вы хотите нагреть гайку, а не болт».
Проблема еще более усугубляется тем фактом, что нет единого способа сделать это. Вы можете увидеть в этом другом видеочто гайка становится намного белее, чем болт, а это значит, что она нагревается при нагревании. Загвоздка в том, что к тому времени, когда гайка снята, ни один из них больше не светится [в этом последнем видео], поэтому мы не можем визуально определить их температуру [разницу]. Воздух, однако, намного лучше изолятор, поэтому я подозреваю, что болт охлаждается быстрее, чем гайка, потому что он вступает в контакт с большим количеством металла, который действует как радиатор. Видео с тепловизором было бы определенным доказательством, но я не смог его найти. В описании этого последнего видео также говорится, что коррозионные соединения ослабляются при нагревании, что также вполне может быть правдой, но я не проверил науку об этом; это утверждение также предполагает, что эти связи не сразу восстанавливаются при охлаждении.
И для сценария, изображенного в ответе самого спрашивающего: на практике это не работает. Если вы смотрите вторую половину этого получасового видео , чувак тщательно нагревает рамку вокруг самого болта, и для достижения успеха требуется много времени, терпения и тщательности, когда «гайка» - это большой кусок.
У меня есть простой ответ, что никто не сказал, что головка болта расширяется от поверхности, ослабляя натяжение нитей, таким образом делая его достаточно свободным, чтобы отключиться. Иногда болты слишком туго, даже если они не ржавые.
Я полагаю, что если ржавчина или осадок являются фактором, препятствующим ослаблению, высокая температура приведет к тому, что обломки будут теряться вместе с высокой температурой и ослабевать, что позволит болту или части, о которой идет речь, легко поворачиваться.
Положите пенни в дверной косяк и закройте его. Дверь будет почти невозможно открыть, потому что трение удержит ее на месте. Сгибание остальной части двери предотвратит ее перемещение. Ржавый болт, по сути, тот же принцип - многие мелкие соединения, образованные на резьбе болтов окисленным металлом, препятствуют его вращению.
Высокая температура и расширение металла просто служили разрушению этих связей. Это не имеет ничего общего с термодинамикой или любой другой научной ерундой. Это простое механическое действие расширяющегося металла, разрушающего ржавчину.
Тепловое расширение
Подавляющее большинство веществ при нагревании расширяется. Это легко объяснимо с позиции механической теории теплоты, поскольку при нагревании молекулы или атомы вещества начинают двигаться быстрее. В твердых телах атомы начинают с большей амплитудой колебаться вокруг своего среднего положения в кристаллической решетке, и им требуется больше свободного пространства. В результате тело расширяется. Так же и жидкости и газы, по большей части, расширяются с повышением температуры по причине увеличения скорости теплового движения свободных молекул (см. Закон Бойля—Мариотта, Закон Шарля, Уравнение состояния идеального газа).
Основной закон теплового расширения гласит, что тело с линейным размером L в соответствующем измерении при увеличении его температуры на Δ Т расширяется на величину Δ L , равную:
Δ L = αLΔ T
где α — так называемый коэффициент линейного теплового расширения. Аналогичные формулы имеются для расчета изменения площади и объема тела. В приведенном простейшем случае, когда коэффициент теплового расширения не зависит ни от температуры, ни от направления расширения, вещество будет равномерно расширяться по всем направлениям в строгом соответствии с вышеприведенной формулой.
Для инженеров тепловое расширение — жизненно важное явление. Проектируя стальной мост через реку в городе с континентальным климатом, нельзя не учитывать возможного перепада температур в пределах от —40°C до +40°C в течение года. Такие перепады вызовут изменение общей длины моста вплоть до нескольких метров, и, чтобы мост не вздыбливался летом и не испытывал мощных нагрузок на разрыв зимой, проектировщики составляют мост из отдельных секций, соединяя их специальными термическими буферными сочленениями, которые представляют собой входящие в зацепление, но не соединенные жестко ряды зубьев, которые плотно смыкаются в жару и достаточно широко расходятся в стужу. На длинном мосту может насчитываться довольно много таких буферов.
Однако не все материалы, особенно это касается кристаллических твердых тел, расширяются равномерно по всем направлениям. И далеко не все материалы расширяются одинаково при разных температурах. Самый яркий пример последнего рода — вода. При охлаждении вода сначала сжимается, как и большинство веществ. Однако, начиная с +4°C и до точки замерзания 0°C вода начинает расширяться при охлаждении и сжиматься при нагревании (с точки зрения приведенной выше формулы можно сказать, что в интервале температур от 0°C до +4°C коэффициент теплового расширения воды α принимает отрицательное значение). Именно благодаря этому редкому эффекту земные моря и океаны не промерзают до дна даже в самые сильные морозы: вода холоднее +4°C становится менее плотной, чем более теплая, и всплывает к поверхности, вытесняя ко дну воду с температурой выше +4°C.
То, что лед имеет удельную плотность ниже плотности воды, — еще одно (хотя и не связанное с предыдущим) аномальное свойство воды, которому мы обязаны существованием жизни на нашей планете. Если бы не этот эффект, лед шел бы ко дну рек, озер и океанов, и они, опять же, вымерзли бы до дна, убив всё живое.
Читайте также: