如果金属在加热时膨胀，加热螺栓如何将其松开？

如果您在卸下卡住的螺栓时遇到问题，通常的建议是加热螺栓。但是，如果金属在加热时膨胀，难道不会加热螺栓只是使其难以拆卸？加热螺栓如何解开？

答案非常简单：螺栓膨胀，而螺母膨胀更多。

这里发生的是良好的旧热膨胀：

• 螺栓被加热并向外膨胀，其半径增大
• 螺母被加热并...向外膨胀，其半径增大

现在，由于螺母的半径略大于螺栓的半径，并且由于增加量与静止长度成正比，因此螺母会扩大一点。

铁的热系数在10 ^-5 / K范围内。这意味着温度每升高1 K，您的尺寸就会增加10 ^-5：1 m的棒的长度为1.00001 m。

如果您的螺栓的r = 1.5毫米，而螺母的R = 1.501毫米，那么温度升高500 K会发生什么？好：

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

如您所见，加热前R-r = 1μm，之后R-r≈1.001μm。它增加了！

请注意，我的数字非常疯狂，仅用作示例。我确信我弄错了起始值，但是我希望它们无论如何都能帮助传达信息。

秘诀是受约束的扩张。

这是一些粗糙的图表，以帮助解释其工作原理。

^{螺栓卡在一个洞里}

螺栓加热后会膨胀。由于螺栓的轴受到约束，因此无法在孔内扩展。

^{螺栓沿绿色箭头方向扩展，但不能沿红色箭头方向扩展。}

随着螺栓冷却，它会收缩。但是，收缩不受限制。这意味着螺栓可以在所有方向上收缩，从而使螺栓稍小。

^{螺栓能够在所有方向上收缩。}

螺栓冷却后，它应该更小并且更容易拔出。

通常这样做的实际原因是，锈蚀明显大于其锈蚀的钢材，这就是为什么螺栓首先被卡住的原因。在另一些情况下，热工作的原因是在螺栓上施加了一个螺纹锁合器，该螺纹锁合器需要加热才能除去（如果它没有生锈的迹象，那是一个很好的选择）

许多形式的铁锈都包含“化学结合水”，当充分加热时会失去水分（并收缩）。

排列成环的金属在受热时会向外膨胀。想象一下一根细丝环被加热了-它主要沿其长度膨胀，使内径和外径都变大。螺栓孔周围的材料也会发生同样的情况。

通常，我会尝试加热周围的物体，而不是螺栓本身。然而，即使螺栓被直接加热，传导通常也会导致周围材料的加热，从而导致孔的膨胀。

关于此的更多科学信息

考虑使用垫圈或其他带孔的金属环或磁盘。当环被加热时，我们期望环会膨胀，实验证实它确实会膨胀。但是环上的孔是否会膨胀，收缩或保持相同大小？

... [T]想一想当您尝试打开梅森罐子时发生的事情，并且螺口金属盖被卡住了。您可以用勺子敲打盖子（以尝试松开盖子上被卡住的任何部分），也可以将盖子放在热水下。您之所以选择后者，是因为您知道金属盖会比玻璃瓶膨胀得更大，因此卸下盖会更容易。

通过说金属盖会比玻璃罐扩大更多，我们真正的意思是盖上的孔会扩大。

以我的经验，您必须加热冻结的螺栓，直到其起泡，发红并变软为止，然后在其变热和变软时将其取下。加热螺栓并使其冷却从来没有帮助过我。当金属收缩时，螺栓会卡住；通常不会放松...这可能会使情况变得更糟。

对于粘在一起的水杯也是如此​​……寒冷，收缩是造成咬死的原因。

@Vladimir Cravero（对不起，您的反馈不足以发表评论）...

我认为有必要澄清答案。螺母没有“更多”地膨胀，最终变大了，但是增加的百分比是相同的。

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%

我对加热效果的理解是，不仅螺栓和螺母或块会膨胀，而且它们之间的空间也会膨胀，请不要忘记这一点。

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

两者之间的空间也稍大，更易于移除。:)

我认为有多种因素可导致这种效果，但我认为没有人提及。释放被卡住的螺栓的另一种方法是通过猛击使其震动。通常，这是您要做的事情，例如阀门，但是我认为潜在的问题是相同的。对于铁锈，我希望这会破坏氧化物的脆性结构。另一个因素是有两种类型的摩擦。有静摩擦和动摩擦。考虑地板上的沉重（已装满）纸板箱。如果尝试滑动，​​则最初会被“卡住”。一旦盒子开始移动，它滑动起来就容易得多。这就是锁死汽车刹车不好的原因。橡胶开始滑动后，摩擦力将大大降低。

温度是物质分子平均动能的量度。也就是说，分子在比绝对零更热的任何物质中移动，并且它们移动得越快，温度就越高。加热物体时，会在系统中增加动能。从字面上看，这导致螺栓的分子越来越快地运动。在固体中，分子无法在空间中自由移动并基本振动。下图描述了加热后金属分子的运动方式。

我认为，这种充满活力的运动本身可能会产生与剧烈敲打引起的冲击波相同的效果。螺栓和螺母尺寸的不均匀变化会破坏静摩擦和/或粉碎脆性锈。我知道，如果您有生锈的铸铁煎锅，一种解决方案是将其放在热火中，锈蚀就会脱落。

因为热量不会立即传播，所以螺母会比螺栓膨胀得更多……如果您选择正确的时间……那将是微不足道的。对于轴承而不是螺母/螺栓，这种[感应加热]是一种行业上的拆卸方法，例如如本视频所示，甚至在固定时也是如此。一旦轴承圈被充分加热，在这种情况下，去除动作是瞬时的。螺母/螺栓的问题在于，可能在您卸下螺母之前，热量已经转移到了螺栓上。一位本领域的从业者引用“您要加热螺母而不是螺栓”。

没有一个单一的方法可以使问题更加复杂。您可以在其他视频中看到螺母变得比螺栓更白，这意味着加热时螺母变得更热。问题是，在卸下螺母时，[在最后一个视频中]都不再发光了，所以我们无法从视觉上分辨它们的温度[差异]。但是，空气是更好的绝缘体，因此我怀疑螺栓的冷却速度比螺母冷却快，因为它与更多的金属接触，而金属则充当散热器。带有热像仪的视频绝对可以证明这一点，但我找不到。最后一段视频的描述还说，由于加热使腐蚀键松开了，这很可能也是正确的，但是我还没有对此进行过科学检查。此声明还假设这些键没有通过冷却立即恢复。

对于发问者自己的答案中描述的场景：在实践中，它并非如此。如果您观看了这个半小时视频的后半部分，则说明该家伙正在仔细地加热螺栓自身周围的框架，而当“螺母”很大时，要花很多时间，耐心和谨慎才能成功。

我得到一个简单的答案，没有人说过螺栓的头部从表面扩张，从而使螺纹松紧，从而使其松动到足以关闭。有时即使不生锈，螺栓也会过紧。

我相信，如果生锈或沉淀物是防止松动的因素，那么高热量将导致碎屑随热量而松散并散开，从而使所涉及的螺栓或零件易于转动。

将一分钱放入门框并将其关闭。门几乎不可能打开，因为摩擦会将其固定到位。门其余部分的弯曲会阻止其移动。生锈的螺栓本质上是相同的原理-螺栓的螺纹上的许多小粘结物都被氧化的金属阻止其转动。

金属的热量和膨胀只是用来破坏这些键。它与热力学或任何其他科学废话无关。这是膨胀金属打破锈蚀的简单机械作用。