鉄とアルミの引っ張り合い

質問

鉄はアルミニウムよりも強度に優れ、引っ張り強さに勝ります。アルミは、その軽さが特長のひとつであり、アルミ缶から想像すると脆そうに見えますが、意外に強度のある金属です。自転車のフレーム等、結構負荷のかかる部材に使用されているくらいですからより強度を高めたアルミニウム合金かもしれませんが）。例えばですが、鉄と金属の輪っかがあったとして、お互いかなりの力で引っ張り合ったとすると、状況によってはアルミがやがて鉄の強度に負けてちぎれてしまう可能性もあるのでしょうか？金属関係に詳しい方、よろしくお願いします。

回答No.4

lumiheart

鉄は硬い
アルミは柔らかい
引っ張られると柔らかいアルミはよく延びる
延びると断面は薄くなる
更に引っ張るとぶっちぎれる
https://www.an.shimadzu.co.jp/cked_od/topics/2020/campaign/04_autograph/text_autograph1.pdf

回答No.3

kon555

>>状況によってはアルミがやがて鉄の強度に負けてちぎれてしまう可能性もあるのでしょうか
　可能性というか、引っ張る力が強度を越えていれば間違いなくちぎれます。
　動画で見るとイメージがつきやすいと思うので紹介しますが「金属を引っ張って千切る」というのは工業の世界では常識的に行われている事です。
https://www.youtube.com/watch?v=kvhp52F2YYU
https://www.youtube.com/watch?v=TQFKdFqZ4q4

　既に回答があるとおり、鉄がちぎれるか、アルミがちぎれるかは条件次第です。弱い方がちぎれる、という事になります。

回答No.2

4500rpm

＞状況によってはアルミがやがて鉄の強度に負けてちぎれてしまう可能性もあるのでしょうか？
→何を同じにして比較するかによって結果は異なります。

以下は、アルミと鉄の引張強度の数値です。
※例として挙げたものの選択が悪いかもしれませんが。
＜超々ジュラルミン（アルミ合金）＞
密度（g/cm3）2.8　引張強さ（T/MPa）573　比強度（kN·m/kg）204.64
＜クロムモリブデン鋼＞
密度（g/cm3）7.8　引張強さ（T/MPa）980 比強度（kN·m/kg）125.64
https://www.toishi.info/metal/specific_strength.html

引張強さは同じ形状（体積）で測定したものです。同じ形状なら鉄の方が引張強度は倍近く高いですが、密度が高いため重さは鉄の方が約3倍重いです。
比強度は同じ重さ当たりの引張強さです。アルミの方が軽いため、同じ重さにするとアルミの方が形を太くすることができ、強度が上がります。

なので、質問者さんが考えられている場合でも、以下のようになります。
・同じ重さで比較するなら、輪っかが太くできるアルミの方が強くてちぎれにくい
・同じ形状で比較するなら、引張強さが高い鉄の方がちぎれにくい

なお、上記は引張強さおよび比強度での比較なので、輪っか状のものにかかる曲げなどのその他の力は考慮していません。
また、アルミと鉄では、硬さ（粘り）が違います。鉄は力が加わると変形していき、ある程度耐えていますが、アルミは力が加わると一定量の変形のあと、ぽっきり折れてしまいます。

それと、繰り返し力をかけたときの挙動も違います。
それぞれの材料の形状や厚みを調整して似たような強度にし、限界より少し小さい力を繰り返し掛けた場合、破断しやすいのはアルミです。
自転車のアルミフレームの破断は、割とある方です。（安価な低品質のバイクがアルミフレームをうたい文句にしているからかもしれませんが）

回答No.1

ohkawa3

断面積次第でしょう。
一般に、アルミに比べて鉄の方が引張強さが大きいと思いますが、アルミの断面積が大きければ、引っ張り力を加えた場合に鉄の方がちぎれる可能性が想定されるのは当然でしょう。