금속재료기사 필기 기출문제복원 (2010-05-09)

금속재료기사 2010-05-09 필기 기출문제 해설

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금속재료기사
(2010-05-09 기출문제)

목록

1과목: 금속조직학

1. 회복현상이 일어나면 재질의 특성이 바뀌게 된다. 다음 중 회복현상에 따라 변하는 특성이 아닌 것은?

  1. 경도
  2. 내식성
  3. 전기전도도
  4. 결정방위
(정답률: 71%)
  • 회복은 결정립의 크기나 모양, 즉 결정방위는 변화시키지 않으면서 내부 응력을 제거하여 물리적·기계적 성질만 변화시키는 과정입니다. 따라서 경도, 내식성, 전기전도도는 회복 현상에 의해 변하지만 결정방위는 변하지 않습니다.
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2. 금속원자가 전자를 잃어서 이온이 되는 과정을 무슨 반응이라 하는가?

  1. 음극반응
  2. 전해반응
  3. 환원반응
  4. 양극반응
(정답률: 67%)
  • 금속이 전자를 잃고 양이온이 되는 산화 반응은 전지나 전해조의 양극(Anode)에서 일어나므로 이를 양극반응이라고 합니다.
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3. 상의 계면(interface)에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 원자간 결합에너지가 클수록 계면에너지가 크다.
  2. 계면에너지가 작은 면의 성장속도는 느리다.
  3. 정합 계면을 가진 석출물은 성장하면서 정합성을 상실할 수 있다.
  4. 두 상의 결정구조, 조성 또는 방위가 다른 경우도 계면에서 두 상 사이에 변형을 일으키지 않는원자 대응이 이루어 지더라도 정합계면을 이룰 수 없다.
(정답률: 89%)
  • 두 상의 결정구조, 조성 또는 방위가 다르더라도 계면에서 변형을 일으키지 않는 원자 대응이 이루어진다면 정합계면을 이룰 수 있습니다.
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4. 주로 HCP 금속의 소성변형에서 압축 시 발생되는 변형 형태는?

  1. Kink band
  2. slip band
  3. deformationband
  4. twin band
(정답률: 75%)
  • HCP(조밀육방격자) 금속은 슬립 시스템이 적어 소성변형 시 전위의 이동이 제한적이며, 특히 압축 응력이 가해질 때 결정면이 꺾이는 형태의 Kink band가 발생합니다.
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5. 다음의 밀러 지수 중 면간거리가 가장 가까운 것은? (단, 격자상수는 1이다.)

  1. (111)
  2. (200)
  3. (130)
  4. (222)
(정답률: 67%)
  • 입방 결정계에서 면간거리 $d$는 밀러 지수 $h, k, l$과 격자상수 $a$에 의해 결정되며, 지수의 제곱 합이 클수록 면간거리는 짧아집니다.
    ① [기본 공식] $d = \frac{a}{\sqrt{h^{2} + k^{2} + l^{2}}}$
    ② [숫자 대입] $d = \frac{1}{\sqrt{2^{2} + 2^{2} + 2^{2}}}$
    ③ [최종 결과] $d = 0.289$
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6. (101)면에 수직한방향과 [112] 방향 사이의 각(°)은?

  1. 15
  2. 30
  3. 45
  4. 60
(정답률: 82%)
  • 결정학에서 면 $(h_1 k_1 l_1)$에 수직인 방향과 방향 $[h_2 k_2 l_2]$ 사이의 각도 $\theta$는 내적 공식을 이용하여 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $\cos \theta = \frac{h_1 h_2 + k_1 k_2 + l_1 l_2}{\sqrt{h_1^2 + k_1^2 + l_1^2} \sqrt{h_2^2 + k_2^2 + l_2^2}}$
    ② [숫자 대입] $\cos \theta = \frac{(1 \times 1) + (0 \times 1) + (1 \times 2)}{\sqrt{1^2 + 0^2 + 1^2} \sqrt{1^2 + 1^2 + 2^2}} = \frac{3}{\sqrt{2} \sqrt{6}} = \frac{3}{\sqrt{12}} = \frac{3}{2 \sqrt{3}} = \frac{\sqrt{3}}{2}$
    ③ [최종 결과] $\theta = 30^{\circ}$
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7. 탄소강 중의 타 원소 영향에 있어 적열취성(hot shortness)의 원인이 되는 것은?

  1. S
  2. P
  3. Mn
  4. Si
(정답률: 83%)
  • 황(S)은 강 중의 철(Fe)과 결합하여 융점이 낮은 $\text{FeS}$를 형성하며, 이것이 결정립계에 응집되어 고온 가공 시 재료가 깨지는 적열취성을 유발합니다.
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8. 3성분계 상태도에서 자유도가 0(zero)이 될 때 상의 수는 몇 개 인가? (단, 압력은 일정하다.)

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 80%)
  • 압력이 일정할 때의 자유도 공식은 $F = C - P + 1$ (여기서 $C$는 성분 수, $P$는 상의 수)을 사용합니다.
    ① [기본 공식] $F = C - P + 1$
    ② [숫자 대입] $0 = 3 - P + 1$
    ③ [최종 결과] $P = 4$
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9. 다음 중 비정질 합금의 특징이 아닌 것은?

  1. 균질한 재료이고 결정이방성이 있다.
  2. 구조적으로는 장거리의 규칙성이 없다.
  3. 전기저항이 크고 그 온도 의존성은 작다.
  4. 가공경화를 일으키지 않는다.
(정답률: 77%)
  • 비정질 합금은 원자 배열에 장거리 규칙성이 없는 무질서한 구조를 가지므로, 모든 방향으로 성질이 동일한 등방성을 띱니다.

    오답 노트
    결정이방성이 있다: 결정 구조가 없으므로 등방성을 가짐
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10. 50%의 Ag-Au가 규칙원자를 만들 때 단범위 규칙도는 약 얼마인가? (단, Au는 면심입방격자이므로, 최인접 원자는 총 12개이며, 이 중 6.5개 Ag, 5.5개 Au로 구성되어 있다.)

  1. 0.08
  2. -0.08
  3. 0.80
  4. -0.80
(정답률: 61%)
  • 단범위 규칙도는 최인접 원자 중 특정 원자가 포함될 확률과 전체 농도의 비율을 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\sigma = 1 - \frac{f_{Ag}}{x_{Ag}}$
    ② [숫자 대입] $\sigma = 1 - \frac{6.5 / 12}{0.5}$
    ③ [최종 결과] $\sigma = -0.08$
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11. 결정의 구조에서 축의 길이가 a=b=c이고, 축각이 α=β=γ=90°인결정계는?

  1. 단사정계
  2. 삼사정계
  3. 입방정계
  4. 정방정계
(정답률: 91%)
  • 세 축의 길이가 모두 같고( $a=b=c$), 모든 축각이 $90^{\circ}$($$\alpha=\beta=\gamma=90^{\circ}$$)인 결정계는 입방정계입니다.
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12. 다음 중 재료의 내부에서 발생하는 면결함에 해당 되는 것은?

  1. 혼합전위
  2. 쇼트키 결함
  3. 나선전위
  4. 적층결함
(정답률: 89%)
  • 적층결함은 결정 내에서 원자층의 적층 순서에 이상이 생겨 발생하는 대표적인 면결함입니다.

    오답 노트
    혼합전위, 나선전위: 선결함
    쇼트키 결함: 점결함
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13. 구리 및 구리합금의 현미경 조직 시험의 부식제로 가장 적합한 것은?

  1. 나이탈
  2. 염산용액
  3. 염화제2철용액
  4. 수산화나트륨용액
(정답률: 87%)
  • 구리 및 구리합금의 조직을 관찰하기 위해 사용하는 현미경 부식제로는 염화제2철용액이 가장 적합합니다.
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14. BCC 와 HCP의 원자충전율(atomic packing factor) 은 약 몇 % 인가?

  1. BCC:34, HCP:68
  2. BCC:68, HCP:34
  3. BCC:68, HCP:74
  4. BCC:74, HCP:68
(정답률: 90%)
  • 결정 구조에 따른 원자 충전율(APF)은 이론적으로 정해진 고유 값입니다.
    BCC(체심입방구조)는 약 $68\%$이며, HCP(조밀육방구조)는 FCC와 동일하게 가장 조밀한 구조인 약 $74\%$입니다.
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15. Fe-C 상태도에서 0.2% 탄소강이 723°C 선상에서의 초석 α와 austenite는 약 몇 %인가? (단, 공석점에서의 탄소 고용한도는 0.8%이며, α의 고용한도는 0.025%이다.)

  1. α= 77.43, austenite =22.58
  2. α= 22.58, austenite =77.42
  3. α= 61.50, austenite =38.50
  4. α= 38.50, austenite =61.50
(정답률: 75%)
  • 레버 룰(Lever Rule)을 이용하여 각 상의 분율을 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\alpha = \frac{C_{\gamma} - C_0}{C_{\gamma} - C_{\alpha}}$$
    $$\gamma = \frac{C_0 - C_{\alpha}}{C_{\gamma} - C_{\alpha}}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\alpha = \frac{0.8 - 0.2}{0.8 - 0.025}$$
    $$\gamma = \frac{0.2 - 0.025}{0.8 - 0.025}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\alpha = 77.42$$
    $$\gamma = 22.58$$
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16. 고용체에서 용질 원자가 용매 원자에 고용 되는 정도에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 두 원소간의 전기 음성도차가 작으면 작을수록 치환형 고용체보다는 금속간 화합물을 형성하기 쉽다.
  2. 많은 고용도를 갖기위해서는 두 원자종의 금속이 같은 결정 구조를 가지고 있어야 한다.
  3. 다른 요소가 동일하다면 금속은 낮은 원자가를 갖는 금속보다는 높은 원자가를 갖는 금속에 더 많이 용해 된다.
  4. 두 원자간의 반지름 차이가 대략 ±15% 미만 일 경우에는 상당한 양의 용질원자가 치환형 고용체로 수용 될 수 있다.
(정답률: 66%)
  • 두 원소 간의 전기 음성도 차이가 클수록 전자 이동이 쉬워져 치환형 고용체보다는 금속간 화합물을 형성하기 쉽습니다.

    오답 노트
    결정 구조 동일: 고용도 증가 요인
    높은 원자가: 용해 가능성 증가 요인
    반지름 차이 ±15% 미만: 치환형 고용체 형성 조건
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17. 고상석출 과정이 아니고 다른 과정에 의해 형성된 제2상이 전위의 장애물, 모상을 가공 강화시키거나, 회복, 재결정과 같은 연화과정을 방해하여 고온에서 재료의 강도를 유지하게 하는 강화법은?

  1. 고용체강화
  2. 석출강화
  3. 분산강화
  4. 결정립 세화강화
(정답률: 68%)
  • 고상석출이 아닌 다른 과정으로 형성된 제2상이 전위의 이동을 방해하고, 고온에서도 재결정이나 회복 같은 연화 과정을 억제하여 강도를 유지시키는 방법은 분산강화입니다.
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18. 순철의 동소변태에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 결정구조의 변화가 일어난다.
  2. 자기적 특성의 변화가 일어난다.
  3. 비중의 변화가 일어난다.
  4. 성질변화는 일정한 온도에서 급격히 비연속적으로 일어난다.
(정답률: 78%)
  • 순철의 동소변태는 온도 변화에 따라 결정구조(BCC $\leftrightarrow$ FCC)가 변하며 이에 따라 비중과 물리적 성질이 변하는 현상입니다. 성질 변화는 특정 온도 범위에서 점진적으로 일어나는 특성이 있으며, 자기적 특성 변화는 동소변태가 아닌 큐리 온도($T_c$)에서 발생하는 현상입니다.
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19. 체심입방격자의 격자상수가 a일때 (110) 면의 원자밀도는?

  1. √2×1/a2
  2. 1/3×1/√a2
  3. √2a
  4. √3×1/a2
(정답률: 76%)
  • 체심입방격자(BCC)의 $(110)$ 면 내에 포함된 원자의 개수와 면적을 이용하여 원자밀도를 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\text{Density} = \frac{\text{Number of Atoms}}{\text{Area of Plane}}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\text{Density} = \frac{2}{\sqrt{2} \times a^2}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\text{Density} = \frac{\sqrt{2}}{a^2}$$
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20. 탄소강에서 마텐자이트변태의 특징이 아닌 것은?

  1. 무확산 변태이다.
  2. 결정구조의 변화는 없으나, 성분의 변화가 생긴다.
  3. 모상과 일정한 결정학적 방위관계를 가진다.
  4. 고탄소강에서는 마텐자이트 판이 전단 변태에 의하여 형성된다.
(정답률: 77%)
  • 마텐자이트 변태는 탄소강에서 급랭 시 발생하는 무확산 변태로, 성분의 변화 없이 결정 구조가 FCC에서 BCT 구조로 급격히 변화하는 것이 핵심 특징입니다.

    오답 노트
    결정구조의 변화는 없으나, 성분의 변화가 생긴다: 성분 변화 없이 결정 구조가 변하는 변태입니다.
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2과목: 금속재료학

21. 고강도 알루미늄 합금인 두랄루민의 주요 구성 원소는?

  1. Al-Cu-Mn-Mg
  2. Al-Ni-Co-Mg
  3. Al-Ca-Si-Mg
  4. Al-Zn-Si-Mg
(정답률: 86%)
  • 두랄루민은 알루미늄($\text{Al}$)에 구리($\text{Cu}$), 망간($\text{Mn}$), 마그네슘($\text{Mg}$)을 첨가하여 강도를 높인 대표적인 고강도 알루미늄 합금입니다.
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22. Ti합금의 기본이 되는 합금형이 아닌 것은?

  1. α형
  2. β형
  3. η형
  4. (α+β)형
(정답률: 89%)
  • Ti합금의 기본이 되는 합금형은 결정 구조에 따라 $\alpha$형, $\beta$형, 그리고 이 둘이 혼합된 $(\alpha+\beta)$형으로 분류됩니다. 따라서 $\eta$형은 Ti합금의 기본 합금형에 해당하지 않습니다.
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23. 원소 주기율표에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 할로겐 원소들은 가장 양성적인 비금속들이다.
  2. 제0족을 제외하고 표 우측끝으로 갈수록 금속성이 약해진다.
  3. 제1족의 알칼리금속이 전기화학적으로 가장 음성이다.
  4. 좌측 아래로 갈수록 금속성이 약하고, 우측 위로 갈수록 비금속성이 약하다.
(정답률: 75%)
  • 주기율표에서 제0족(비활성 기체)을 제외하면, 일반적으로 왼쪽에서 오른쪽으로 갈수록 금속성이 약해지고 비금속성이 강해지는 특성을 가집니다.

    오답 노트
    할로겐 원소: 가장 강한 음성적 비금속
    알칼리금속: 전기화학적으로 가장 양성(반응성 큼)
    금속성 경향: 좌측 아래로 갈수록 강해짐
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24. 진공조 하부의 흡인용관과 배출용관을 용강에 담그고 용강을 흡인, 배출시킴으로서 순환시켜 탈가스와 합금첨가를 하는 방법의 탈가스법은?

  1. 레이들 탈가스법(LD법)
  2. 순환 탈가스법(RH법)
  3. 흡인 탈가스법(DH법)
  4. 유적 탈가스법(BV)
(정답률: 77%)
  • 순환 탈가스법(RH법)은 진공조 하부에 흡인용관과 배출용관을 설치하여 용강을 강제로 순환시킴으로써 효율적으로 탈가스와 합금 첨가를 수행하는 방식입니다.
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25. 다음 중 아연에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 조밀육방격자형이다.
  2. 비중은 약7.1, 용융점은 약 420℃이다.
  3. 산, 알칼리에 강하고, 해수등에 부식되지 않는다.
  4. 아연도금용, 전지, 제판용 등의 아연판, 전기방식용 양극재료에 사용된다.
(정답률: 82%)
  • 아연(Zn)은 반응성이 큰 금속으로 산과 알칼리에 매우 취약하며, 부식되기 쉬운 성질을 가지고 있습니다. 따라서 산, 알칼리에 강하고 해수에 부식되지 않는다는 설명은 틀린 것입니다.
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26. 그림은 Al-4% Cu 합금의 시효시간에 따른 경도 변화를 나타내고 있다. 다음 설명 중 틀린 것은?

  1. θ″상은 기지와 정합계면을 이루고 있다.
  2. θ′상은 평형상으로 기지와 부정합계면을 이루고 있다.
  3. 미시효 조건에서는 전위가 석출물을 자르고 이동할수 있다.
  4. θ상이 석출한 조건에서는 전위가 석출물을 자르고 지나갈수 있다.
(정답률: 68%)
  • 시효 경화 과정에서 최종 평형상인 $\theta$상이 석출되면 입자가 조대해지며, 이때 전위는 석출물을 자르고 지나가는 것이 아니라 석출물을 우회하여 이동하는 오로완(Orowan) 기구에 의해 이동하므로 경도가 감소합니다.

    오답 노트
    $\theta''$상: 기지와 정합 계면 형성
    $\theta'$상: 평형상으로 가는 단계이며 부정합 계면 형성
    미시효: 석출물이 매우 작아 전위가 자르고 이동 가능
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27. 지르코늄(Zr)의 특성에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 비중 6.5, 융점 1852℃이며, 내식성이 우수하다.
  2. 비중 9.0, 융점 1083℃이며, 전기저항이 작다.
  3. 비중 2.7, 융점 660℃이며,가공성이 양호하다.
  4. 비중 7.1, 융점 420℃이며, 경도가 높다.
(정답률: 80%)
  • 지르코늄(Zr)은 비중이 $6.5$, 융점이 $1852^{\circ}C$이며, 특히 부식에 견디는 성질인 내식성이 매우 우수한 금속입니다.
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28. 금속재료 경도시험 방법 중 압입에 의한 것이 아닌 것은?

  1. 쇼어경도 시험방법
  2. 비커스경도 시험방법
  3. 로크웰경도 시험방법
  4. 브리넬경도 시험방법
(정답률: 88%)
  • 쇼어경도 시험방법은 압입자가 아닌 다이아몬드 추의 반발 높이를 측정하는 반발경도 시험법입니다.

    오답 노트
    비커스, 로크웰, 브리넬: 모두 압입자를 눌러 자국을 만드는 압입 경도 시험법임
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29. Babbit Metal의 주요 성분으로 옳은 것은?

  1. Cu-Pb
  2. Pb-Sn-Sb
  3. Sn-Sb-Cu
  4. Zn-Al-Cu
(정답률: 82%)
  • Babbit Metal(바빗 메탈)의 주요 성분은 주석(Sn), 안티몬(Sb), 구리(Cu)의 합금입니다.
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30. 청동에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 주석청동의 α고용체는 결정편석때문에 농도가 달라져서 유심조직을 나타낸다.
  2. 스프링용 인청동은 7~8% Sn, 0.05~0.15% P 정도의 합금이 실용화되고 있다.
  3. 인청동을 용해 주조할 때 합금 중에 인을 0.05-0.15% P 남게 하면 용탕의 유동성이 저하된다.
  4. 니켈청동에서 θ상이 석출하는 과정에 시효경화 현상이 나타난다.
(정답률: 65%)
  • 인(P)은 탈산제 역할을 하여 용탕 내의 산화물을 제거함으로써 오히려 유동성을 향상시킵니다.

    오답 노트
    주석청동: 결정편석으로 인한 유심조직 형성 맞음
    인청동: Sn $7\sim 8\%$, P $0.05\sim 0.15\%$ 합금 맞음
    니켈청동: $\theta$상 석출을 통한 시효경화 맞음
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31. 다음 중 모넬메탈에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. KR Monel은 K Monel에 W함량을 높게하여 쾌삭성을 개선한 강이다.
  2. R Monel은 소량의 S를 첨가하여 쾌삭성을 개선한 강이다.
  3. K Monel은 용체화처리한 후 뜨임해서 석출경화한 강이다.
  4. H Monel 은 Si를 첨가하여 석출경화한 것이다.
(정답률: 76%)
  • KR Monel은 W 함량이 아니라 C 함유량을 높여 절삭성을 향상시킨 강입니다.
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32. 주철에서 흑연의 구상화 원소가 아닌 것은?

  1. Mg
  2. Ce
  3. Ca
  4. Mn
(정답률: 64%)
  • 주철의 흑연을 구상화하기 위해 첨가하는 원소로는 Mg, Ce, Ca 등이 사용됩니다. Mn은 구상화 원소가 아니며 주로 강도 조절이나 탈황 목적으로 사용됩니다.
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33. 저융점 합금(fusublealloy)에서 비공정합금은 응고 온도 범위가 넓어서 실용상 고체로서의 강도가 거의 소멸한다. 이러한 온도를 무엇이라 하는가?

  1. 비액상 온도
  2. 비공정 온도
  3. 준액상 온도
  4. 항복 온도
(정답률: 67%)
  • 비공정 합금에서 응고 온도 범위가 넓어 고체로서의 강도가 거의 소멸하여 변형이 시작되는 온도를 항복 온도라고 합니다.
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34. 금속분말을 소결처리 할 때 성형체에서 일어나는 현상이 아닌 것은?

  1. 분말입자의 내부 용융
  2. 내부응력의 변화
  3. 치수의 변화
  4. 상의 변화
(정답률: 66%)
  • 소결은 재료를 융점 이하의 온도에서 가열하여 입자 간의 확산을 통해 결합시키는 공정입니다. 따라서 분말 입자의 내부를 완전히 용융시키지 않고 표면 접합을 유도하는 것이 핵심 원리입니다.
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35. Fe-C평형 상태도에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. A2는 시멘타이트의 자기 변태점이며, 약 210°C 이다.
  2. 공정점은 탄소량이 약 4.3% 이다.
  3. 순철의 A3변태점은 δ ⇔ γ점이며, 약 1490°C 이다.
  4. A0는 철의 자기 변태점이며, 약 768°C 이다.
(정답률: 76%)
  • Fe-C 평형 상태도에서 공정 반응은 액상에서 두 개의 고상(오스테나이트와 시멘타이트)이 동시에 석출되는 반응이며, 이때의 탄소 함량은 약 $4.3\%$ 입니다.

    오답 노트
    A2는 시멘타이트가 아닌 페라이트의 자기 변태점임
    순철의 A3 변태점은 $\alpha \Leftrightarrow \gamma$ 변태점임
    A0는 철의 자기 변태점이나 온도는 약 $768^{\circ}C$가 아님
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36. ASTM 에서 결정입도 번호가 7 일 때 100배 배율에서 2.54cm2당 관찰되는 결정립의 수는 몇 개인가?

  1. 256
  2. 128
  3. 64
  4. 32
(정답률: 85%)
  • ASTM 결정입도 번호에 따른 결정립 수 계산 문제입니다.
    ① $N = 2^{n-1}$
    ② $N = 2^{7-1}$
    ③ $N = 64$
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37. 납(Pb)은 상온에서 재결정되어 크리프가 쉽게 발생한다. 다음 중 크리프저항을 향상시키기 위해첨가하는 원소가 아닌 것은?

  1. Ca
  2. Ce
  3. Sb
  4. As
(정답률: 53%)
  • 납(Pb)의 크리프 저항을 높이기 위해 결정립계에 석출물을 형성하거나 고용강화를 유도하는 원소로 Ca, Sb, As 등이 사용됩니다. Ce는 이러한 목적으로 첨가되는 주요 원소가 아닙니다.
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38. 급냉법에 의한 비정질 합금의 형성 조건으로 옳은 것은?

  1. 융점에서 유리 전이점까지의 온도영역을 임계냉각속도 이상으로 빠르게 통과하는 경우
  2. 융점에서 유리 전이점까지의 온도영역을 임계냉각속도 보다 느리게 통과하는 경우
  3. 상온에서 방치하여도 결정화되는 안정한 구조를 갖는 경우
  4. 상온에서 방치하여 결정화되어 불안정한 구조를 갖는 경우
(정답률: 79%)
  • 비정질 합금을 형성하기 위해서는 액체 상태의 무질서한 구조가 결정으로 변하기 전, 융점에서 유리 전이점까지의 온도 영역을 임계냉각속도 이상으로 매우 빠르게 냉각시켜 원자의 재배열을 막아야 합니다.
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39. 다음 설명하는 내용은 황동에서 발생되는 어떠한 현상에 관한 것인가?

  1. 탈아연부식(dezincificaition)
  2. 자연균열(seasoncracking)
  3. 고온탈아연(dezincing)
  4. 수소취성(hydrogenembrittlement)
(정답률: 80%)
  • 제시된 내용은 잔류 응력과 암모니아 분위기에서의 응력부식균열(SCC) 특성을 설명하고 있으며, 이는 황동에서 발생하는 대표적인 현상인 자연균열(season cracking)에 대한 설명입니다.
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40. 다음 중 조직의 경도와 강도가 가장 높은 것 부터 낮은 순서로 나열된 것은?

  1. Troostite > Austenite > Sorbite > Martensite
  2. Troostite > Martensite > Sorbite > Austenite
  3. Martensite > Troostite > Sorbite > Austenite
  4. Martensite > Sorbite > Troostite > Austenite
(정답률: 82%)
  • 강의 조직은 냉각 속도와 변태 과정에 따라 경도가 결정되며, 가장 빠르게 냉각된 마르텐사이트가 가장 단단하고 오스테나이트가 가장 연합니다. 따라서 경도와 강도가 높은 순서는 Martensite $\text{>} $ Troostite $\text{>} $ Sorbite $\text{>} $ Austenite 순입니다.
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3과목: 야금공학

41. 다음 반응 중 298K에서 표준 자유에너지 변화(ΔG°) 값이 0 이 아닌 것은?

  1. Zn(s, 1기압) = Zn(s, 3기압)
  2. SiO2(glass) =SiO2(결정)
  3. C(흑연) =C(diamond)
  4. C(흑연) + O2(g) =CO2(g)
(정답률: 72%)
  • 표준 자유에너지 변화 $\Delta G^\circ$가 0이라는 것은 평형 상태이거나 동일 물질의 상변화, 혹은 압력 변화가 없는 상태를 의미합니다. 하지만 C(흑연) + $O_2$(g) = $CO_2$(g) 반응은 자발적으로 일어나는 화학 반응이므로 $\Delta G^\circ$ 값이 0이 아닙니다.

    오답 노트
    Zn(s, 1기압) = Zn(s, 3기압): 동일 물질의 압력 변화
    SiO$_2$(glass) = SiO$_2$(결정): 동일 성분의 상변화
    C(흑연) = C(diamond): 동일 성분의 동소체 변환
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42. 1mole의 반데르발스 기체를 300K에서 등온 가역적으로 10ℓ에서 30ℓ 팽창시켰다. 이 때 주위에 한일(work)은 몇 ℓ·atm인가? (단, 교정압력 상수 a= 5.49 ℓ2·atm·mole-2, 교정부피상수 b= 0.064ℓ·mole-1이다.)

  1. 26.8
  2. 28.8
  3. 33.8
  4. 35.8
(정답률: 50%)
  • 반데르발스 기체의 등온 가역 팽창 시 주위에 한 일은 압력을 부피에 대해 적분하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $W = nRT \ln \frac{V_2 - nb}{V_1 - nb} + an^2 (\frac{1}{V_1} - \frac{1}{V_2})$
    ② [숫자 대입] $W = 1 \times 0.08206 \times 300 \times \ln \frac{30 - 0.064}{10 - 0.064} + 5.49 \times 1^2 \times (\frac{1}{10} - \frac{1}{30})$
    ③ [최종 결과] $W = 26.8$
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43. 슬래그는 용융되어 있는 산화물의 성질에 따라 각 기 다른 성질을 나타낸다. 다음 중 염기성 산화물이 아닌 것은?

  1. CaO
  2. FeO
  3. B2O3
  4. Na2O
(정답률: 66%)
  • 산화물은 그 성질에 따라 산성, 염기성, 양쪽성으로 나뉩니다. $B_2O_3$는 대표적인 산성 산화물입니다.

    오답 노트
    CaO, FeO, $Na_2O$: 염기성 산화물
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44. 만일 황동이 구리와 아연 원자가 무질서하게 섞여 있는 혼합물이라 할 때 10g의 아연과 20g의구리를 섞어 이상균일 합금을 만들었을 때의 엔트로피증가는 약 얼마인가? (단, Cu 및 Zn의 원자량은 63.5와65.3g/mole이다.)

  1. 5.80cal/K
  2. 0.61cal/K
  3. 0.58cal/K
  4. 6.10cal/K
(정답률: 53%)
  • 이상균일 합금 형성 시 엔트로피 증가량은 각 성분의 몰 분율을 이용한 혼합 엔트로피 공식으로 구할 수 있습니다.
    먼저 각 성분의 몰수를 구하면 $n_{Cu} = 20 / 63.5 \approx 0.315$ mole, $n_{Zn} = 10 / 65.3 \approx 0.153$ mole이며, 전체 몰수 $n = 0.468$ mole, 몰 분율은 $X_{Cu} = 0.673, X_{Zn} = 0.327$입니다.
    ① [기본 공식] $\Delta S = -n R (X_{Cu} \ln X_{Cu} + X_{Zn} \ln X_{Zn})$
    ② [숫자 대입] $\Delta S = -0.468 \times 1.987 \times (0.673 \ln 0.673 + 0.327 \ln 0.327)$
    ③ [최종 결과] $\Delta S = 0.58$
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45. 상온 20°C에서 강 1ton을 1600°C까지 용해하는데 필요한 이론상 총 열량은 몇 kcal인가? (단,강의 비열은 0.16kcal/kgf, 용융잠열은 65kcal/kgf이다.)

  1. 320900
  2. 317800
  3. 269300
  4. 252800
(정답률: 61%)
  • 강을 용해하는 데 필요한 총 열량은 상온에서 용융점까지 올리는 현열과 용융 시 필요한 잠열의 합으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $Q = m \times c \times (T_2 - T_1) + m \times L$
    ② [숫자 대입] $Q = 1000 \times 0.16 \times (1600 - 20) + 1000 \times 65$
    ③ [최종 결과] $Q = 317800$
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46. 상태 변화과정에서 비가역도의 척도는?

  1. 엔트로피
  2. 내부에너지
  3. 열팽창계수
  4. 엔탈피
(정답률: 84%)
  • 엔트로피는 고립계의 무질서도를 나타내는 척도이며, 열역학 제2법칙에 따라 비가역 과정이 일어날 때 항상 증가하므로 상태 변화의 비가역도를 측정하는 지표가 됩니다.
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47. 1mol의 기체에서 압축 인자(Z=PV/(RT))에 관한 다음 설명 중 틀린 것은? (단, P는 압력, V는 부피, R은 기체상수, T는 절대온도이다.)

  1. 완전기체의 경우 모든 상태 하에서 1이 된다.
  2. 압력이 낮고 온도가 높으면 Z는 1에 접근한다.
  3. 압축하기 쉬운 기체는 저온에서 압력이 증가함에 따라 Z값이 일단 감소하다가 증가한다.
  4. 실질기체에서는 어떠한 온도에서도 Z값이 1이 될수 없다.
(정답률: 73%)
  • 압축 인자 $Z$는 실질 기체가 이상 기체로부터 얼마나 벗어나는지를 나타내는 척도입니다. 실질 기체라도 특정 온도(보일 온도)와 압력 조건에서는 $Z=1$이 되어 이상 기체처럼 행동할 수 있습니다.

    오답 노트
    완전기체의 경우 모든 상태 하에서 1이 된다: 이상 기체 상태 방정식 $PV=RT$를 만족하므로 항상 $Z=1$입니다.
    압력이 낮고 온도가 높으면 Z는 1에 접근한다: 분자 간 상호작용과 분자 자체 부피의 영향이 최소화되어 이상 기체에 가까워집니다.
    압축하기 쉬운 기체는 저온에서 압력이 증가함에 따라 Z값이 일단 감소하다가 증가한다: 저온에서는 인력의 영향으로 $Z$가 1보다 작아졌다가, 압력이 매우 높아지면 반발력(부피 효과)으로 인해 다시 증가합니다.
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48. NiO의 표준 생성 자유에너지는 -62650+25.98T(cal)이다. 10-6 기압의 진공으로 NiO를 환원시키려 한다. 환원이 되는 가장 낮은 온도(°C)는?

  1. 480
  2. 870
  3. 1305
  4. 1580
(정답률: 43%)
  • NiO의 환원 반응이 자발적으로 일어나기 위한 임계 온도를 구하는 문제입니다. 표준 생성 자유에너지와 반응 지수를 이용하여 $\Delta G = 0$이 되는 지점을 찾습니다.
    ① [기본 공식] $\Delta G^{0} = -RT \ln Q$
    ② [숫자 대입] $62650 - 25.98T = -1.987T \ln(10^{-3})$
    ③ [최종 결과] $T = 1305^{\circ}C$
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49. 조연 중의 Bi를 분리제거하는 방법은?

  1. Harries법
  2. waelz법
  3. Parkes법
  4. Kroll-Betterton법
(정답률: 64%)
  • Kroll-Betterton법은 조연(Hard lead)에서 비스무트(Bi)를 제거하기 위해 칼슘(Ca)을 첨가하여 Bi를 화합물 형태로 만들어 분리하는 정련법입니다.
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50. 등온등압하에서 순수한 성분으로 부터 이상혼합물을 생성할 때 표현식으로 틀린 것은?

  3. △Hmix=0
  4. △Vmix=0
(정답률: 65%)
  • 이상혼합물(Ideal Mixture)은 성분 간의 상호작용이 동일하여 혼합 시 엔탈피 변화와 부피 변화가 없는 것이 특징입니다.
    따라서 $\Delta H_{\text{mix}} = 0$ 및 $\Delta V_{\text{mix}} = 0$은 옳은 표현이며, 혼합 엔트로피는 $\Delta S_{\text{mix}} = -R \sum n_i \ln X_i$로 정의됩니다.
    하지만 식은 $\Delta S_{\text{mix}}$의 부호가 양수(+)로 잘못 표기되어 있으며, 수식 구조 또한 표준 정의와 다르므로 틀린 표현입니다.

    오답 노트
    $\Delta G_{\text{mix}} = RT \sum n_i \ln X_i$: 이상혼합물의 자유 에너지 변화 정의로 옳은 표현입니다.
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51. 750C°에서 다음 반응의 평형 상수는?

  1. 4.17×10-3
  2. 240
  3. 5.67×10-4
  4. 1764
(정답률: 46%)
  • 주어진 두 반응식을 조합하여 목표 반응인 $\text{NiO(s)} + \text{H}_2\text{(g)} \rightleftharpoons \text{Ni(s)} + \text{H}_2\text{O(g)}$의 표준 자유 에너지 변화($\Delta G^\circ$)를 구한 뒤, 평형 상수를 산출하는 문제입니다.
    먼저 목표 반응을 만들기 위해 첫 번째 반응의 역반응과 두 번째 반응의 정반응을 더합니다.
    $\Delta G^\circ = -(-58450 + 23.55T) + (-58900 + 13.1T) = -1140 + 36.65T \text{ cal}$
    온도 $750^{\circ}\text{C}$를 절대온도로 변환하면 $T = 750 + 273 = 1023 \text{ K}$이며, 이를 대입하면 $\Delta G^\circ \approx -11140.35 \text{ cal}$가 됩니다.
    평형 상수 $K$는 다음 식을 통해 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta G^\circ = -RT \ln K$
    ② [숫자 대입] $-11140.35 = -1.987 \times 1023 \times \ln K$
    ③ [최종 결과] $K = 239.96 \approx 240$
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52. 종류가 다른 이상기체들을 혼합할 경우 Gibbs의 자유에너지변화 △Gmix를 표시한 것은? (단, △Hmix는 혼합 엔탈피의 변화, △Smix는 혼합엔트로피의 변화, T는 절대온도이다.)

  1. △Gmix=0
  2. △Gmix=△Hmix
  3. △Gmix=△Hmix-T△Smix
  4. △Gmix=-T△Smix
(정답률: 63%)
  • 이상기체 혼합 시 분자 간 상호작용이 없으므로 혼합 엔탈피 변화($\Delta H^{mix}$)는 $0$이 됩니다. 따라서 깁스 자유에너지 변화는 엔트로피 변화 항만 남게 됩니다.
    $$\Delta G^{mix} = \Delta H^{mix} - T\Delta S^{mix} = 0 - T\Delta S^{mix} = -T\Delta S^{mix}$$
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53. 제철공업에서 철을 용해하기 위한 열원으로 사용하며, 산화철을 금속철로 환원하는 환원제의 역할을 하는 인공연료는?

  1. 갈탄
  2. 중유
  3. 무연탄
  4. 코크스
(정답률: 86%)
  • 코크스는 석탄을 건류하여 만든 탄소 덩어리로, 제철소 고로에서 철광석($Fe_{2}O_{3}$)을 환원시켜 금속철($Fe$)로 만드는 환원제이자 열원으로 사용되는 대표적인 인공연료입니다.
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54. 황 32kg을 완전 연소시키기 위하여 필요한 산소량은 몇 kg인가?

  1. 32
  2. 16
  3. 12
  4. 2
(정답률: 83%)
  • 황($S$)의 연소 반응식은 $S + O_{2} \rightarrow SO_{2}$ 입니다. 황의 원자량은 $32$, 산소의 분자량은 $32$이므로, 황 $32\text{kg}$을 완전 연소시키기 위해서는 동일한 질량인 산소 $32\text{kg}$이 필요합니다.
    ① [기본 공식] $S + O_{2} \rightarrow SO_{2}$
    ② [숫자 대입] $$32\text{kg}(S) : 32\text{kg}(O_{2}) =
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55. 열역학 제1법칙과 제2법칙을 결합하여 얻어진 식으로 옳은 것은?

  1. △=q-w
  2. dU=TdS+PdV
  3. dU=TdS-PdV
  4. dU=dE+PdV
(정답률: 78%)
  • 열역학 제1법칙($dU = dq + dw$)과 제2법칙($dq = TdS$)을 결합하면, 가역 과정에서 내부 에너지 변화량은 다음과 같이 정의됩니다.
    $$dU = TdS - PdV$$
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56. 슬래그가 접촉하는 선(slag line)에 사용되는 벽돌은?

  1. 규석 벽돌
  2. 마그네시아 벽돌
  3. 크롬 벽돌
  4. 샤모트 벽돌
(정답률: 53%)
  • 슬래그 라인(slag line)은 화학적 부식과 침식이 심한 부위이므로, 내식성과 내열성이 매우 뛰어난 크롬 벽돌을 사용합니다.
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57. 밀폐된 용기 속에 있는 표준상태(0°C,1기압)의 헬륨224ℓ를 100°C로 가열할 때 엔탈피 변화량(ΔH)은 몇J인가? (단, He는 이상기체이고 이며 기체상수 R은 8.3144J/K·mol이다.)

  1. 2078
  2. 6676
  3. 20786
  4. 66763
(정답률: 69%)
  • 이상기체의 엔탈피 변화량은 정압비열($C_p$)을 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta H = n C_p \Delta T$
    ② [숫자 대입] $\Delta H = \frac{224}{22.4} \times \frac{5}{2} \times 8.3144 \times (100 - 0)$
    ③ [최종 결과] $\Delta H = 20786$
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58. 용융연화점이 약 1670°C인 내화물은 제게르추 번호로 몇 번인가?

  1. SK26
  2. SK30
  3. SK33
  4. SK39
(정답률: 68%)
  • 제게르추(Seger) 콘의 번호는 내화물의 용융연화점 온도를 나타내며, SK30의 용융연화점은 약 $1670^{\circ}\text{C}$입니다.
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59. 온도와 압력이 일정한 닫힌계에서 A에서 B로의 상태변화가 일어난다. 평형상태는 어느 에너지가 최소값을 가질 때 도달하는가?

  1. 엔탈피
  2. 내부에너지
  3. 헬름홀쯔 자유에너지
  4. 깁스 자유에너지
(정답률: 85%)
  • 온도($T$)와 압력($P$)이 일정한 조건에서 닫힌계의 평형 상태는 깁스 자유에너지가 최소가 될 때 도달합니다.

    오답 노트
    헬름홀쯔 자유에너지: 온도와 부피가 일정할 때 최소
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60. Al-Zn 합금은 351.5°C이하에서 A l고용체로부터 공용 간극을 형성한다. 360°c에서 XA=0.6인 고용체 내의 Al성분에 대한 열역학 거동 중 옳은 것은?

  1. Al의 활동도는 0.6보다 크다.
  2. 과잉 엔탈피값은 0 이다.
  3. 과잉자유에너지 값은(-)이다.
  4. 순수 Al보다 산화를 더 잘한다.
(정답률: 63%)
  • Al-Zn 합금과 같이 공용 간극(Miscibility Gap)을 형성하는 계에서는 정규 용액과 달리 양(+)의 편차를 가지는 비이상 용액 거동을 보입니다. 이 경우 성분의 활동도는 몰 분율보다 크게 나타나므로, Al의 활동도는 $0.6$보다 큽니다.
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4과목: 금속가공학

61. 회복 및 재결정 단계에서 기계적 성질과의 관계를 설명한 것 중 틀린 것은?

  1. 전기저항은 회복의 과정에서 서서히 감소한다.
  2. 경도는 회복의 과정에서 별로 변하지 않고 재결정의 단계에서 급격히 감소한다.
  3. 연신율은 회복의 과정에서 별로 변하지 않고 재결정의 단계에서 급격히 증가한다
  4. 인장강도는 회복의 단계에서 급격히 감소하고, 재결정 단계에서는 급격히 증가한다.
(정답률: 72%)
  • 재결정 과정에서는 가공 경화로 인해 높아졌던 강도와 경도가 급격히 감소하고, 연신율은 급격히 증가하는 것이 일반적인 거동입니다. 따라서 인장강도가 재결정 단계에서 급격히 증가한다는 설명은 틀린 것입니다.
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62. 파괴거동의 입장에서 금속재료의 취성파괴에 해당되는 것은?

  1. Dimple
  2. Beach mark
  3. Cup & Cone
  4. Cleavage
(정답률: 68%)
  • 취성파괴는 소성 변형이 거의 없이 결정면을 따라 쪼개지는 파괴 형태이며, 이를 벽개(Cleavage)라고 합니다.

    오답 노트
    Dimple, Cup & Cone: 연성파괴의 특징적 형상
    Beach mark: 피로파괴의 특징적 형상
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63. 전위선을 반경 R의 곡선으로 구부리는데 필요한 전단응력 τ는? (단, G는 강성율, b는 버거스 벡터, E는 탄성계수이다.)

  1. 2R/Gb
  2. 2Eb/R
  3. 2R/E
  4. Gb/2R
(정답률: 70%)
  • 전위선을 곡률 반경 $R$인 원호로 구부릴 때 필요한 전단응력은 전위의 선장력과 관련이 있으며, 강성율 $G$와 버거스 벡터 $b$를 이용하여 다음과 같이 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\tau = \frac{Gb}{2R}$
    ② [숫자 대입] $\tau = \frac{Gb}{2R}$
    ③ [최종 결과] $\tau = \frac{Gb}{2R}$
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64. 전기 케이블에 납을 피복하고자 할 때 가장 적합한 가공법은?

  1. 압연
  2. 압출
  3. 단조
  4. 인발
(정답률: 57%)
  • 전기 케이블과 같이 심재 주위를 다른 재료로 감싸는 피복 가공에는 재료를 밀어내어 일정한 형상을 만드는 압출 가공법이 가장 적합합니다.
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65. 나선전위가 한 슬립면에서 활주하다가, 다른 슬립면으로 활주방향을 바꾸어 활주하는 것은?

  1. 상승운동
  2. 비보존운동
  3. 교차슬립
  4. 평면(planar)슬립
(정답률: 88%)
  • 나선전위는 버거스 벡터가 전위선과 수직이 아니므로, 하나의 슬립면에서 다른 슬립면으로 이동하여 활주 방향을 바꿀 수 있는 교차슬립이 가능합니다.
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66. 응력의 상태가 다음과 같을 때 주응력 10을 제외한 나머지 2개의 주응력은 약 얼마인가?

  1. 2.5±4.72
  2. 2.5土17.95
  3. 17.5±4.72
  4. 17.5土17.95
(정답률: 58%)
  • 주어진 응력 행렬에서 $z$축 성분이 $10$으로 분리되어 있으므로, 나머지 두 주응력은 $x, y$ 평면의 $2 \times 2$ 행렬의 고유값으로 구할 수 있습니다.
    $$\sigma_{1,2} = \frac{\sigma_x + \sigma_y}{2} \pm \sqrt{(\frac{\sigma_x - \sigma_y}{2})^2 + \tau_{xy}^2}$$
    ① [기본 공식]
    $$\sigma = \frac{20 + 15}{2} \pm \sqrt{(\frac{20 - 15}{2})^2 + (-4)^2}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\sigma = 17.5 \pm \sqrt{2.5^2 + 16}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\sigma = 17.5 \pm 4.72$$
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67. 다음 중 열간가공의 특징으로 틀린 것은?

  1. 가공경화가 쉽게 제거된다.
  2. 총 변형량이 냉간가공에 비해 훨씬 크다.
  3. 주조상태보다 인성과 연성이 증가한다.
  4. 주조 조직의 화학적 불균일성이 증가한다.
(정답률: 69%)
  • 열간가공은 재결정 온도 이상에서 수행되므로 조직이 미세화되고 성분이 균일해져 화학적 불균일성이 감소하는 특징이 있습니다.

    오답 노트
    가공경화 제거, 변형량 증가, 인성 및 연성 증가는 모두 열간가공의 올바른 특징입니다.
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68. 압연할 때 롤과 재료와의 접촉면에서 롤의 곡률반경이 증가하는 현상을 무엇이라 하는가?

  1. 롤 굽힘
  2. 롤 열팽창
  3. 롤 평평화
  4. 롤 크라운
(정답률: 80%)
  • 압연 공정 중 롤과 재료 사이의 강한 압력으로 인해 롤의 접촉면이 미세하게 눌리면서 곡률반경이 증가하는 현상을 롤 평평화라고 합니다.
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69. 인장시험에서 재료의 소성변형거동 중 균일신장이 일어나는 곳이 아닌 것은?

  1. 탄성한계
  2. 항복점
  3. 최대하중점
  4. 파단점
(정답률: 79%)
  • 균일신장은 항복점 이후부터 최대하중점까지 재료 전체가 고르게 늘어나는 구간을 말합니다. 파단점은 최대하중 이후 특정 부위에 변형이 집중되는 네킹(Necking) 현상을 거쳐 최종적으로 끊어지는 지점이므로 균일신장 구간에 해당하지 않습니다.
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70. 일반적인 형단조의 특징을 설명한 것 중 옳은 것은?

  1. 다이(Die)제작 비용이 적게 든다.
  2. 주물에 비해 강도가 낮고, 표면상태가 나쁘다.
  3. 소재의 유동에 의하여 강인한 섬유상 조직을 얻을 수 있다.
  4. 자유 단조보다 단순하고, 정밀한 제품에 적용이 곤란하다.
(정답률: 63%)
  • 형단조는 금형(Die)을 사용하여 소재를 성형하므로, 소재의 유동에 의해 금속 조직이 연속적으로 배열되는 강인한 섬유상 조직(Fiber structure)을 얻을 수 있는 것이 특징입니다.

    오답 노트
    다이 제작 비용이 적게 든다: 금형 제작비가 많이 듦
    주물에 비해 강도가 낮다: 주물보다 강도가 훨씬 높음
    정밀한 제품에 적용이 곤란하다: 정밀한 치수 제어가 가능함
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71. 재료 내 3개의 최대전단응력 중 어느 것인가 하나의 절대값이 일정값에 이르렀을때 항복이 생긴다는 조건은?

  1. Von Miss의 항복조건
  2. Tresca의 항복조건
  3. Mohr의 항복조건
  4. Hooke의 항복조건
(정답률: 84%)
  • 최대전단응력의 절대값이 일정 값에 도달했을 때 항복이 발생한다고 보는 이론은 Tresca의 항복조건입니다.
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72. 다음 중 샤르피(Charpy)충격시험기에서 충격에너지(E)를 구하는식으로 옳은 것은? (단, W는 해머의 무게, R은 해머의 회전축 중심에서 무게중심까지의 거리, α는 해머의 들어 올린 각도, β는 시험편 파단 후 해머가 올라간 각도이다.)

  1. E=WR(cosβ-cosα)
  2. E=WR(cosα+cosβ)
  3. E=2WR(cosβ-cosα)
  4. 
(정답률: 82%)
  • 샤르피 충격 시험에서 충격 에너지는 해머가 들어 올려진 초기 위치 에너지와 파단 후 올라간 위치 에너지의 차이로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $E = WR(\cos\beta - \cos\alpha)$
    ② [숫자 대입] (공식 자체가 정답이므로 대입 생략)
    ③ [최종 결과] $E = WR(\cos\beta - \cos\alpha)$
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73. 어닐링쌍정(Annealing twin)과 변형쌍정(mechanical twin)을 광학현미경하에서 관찰할 때 그 차이점으로써 옳은 것은?

  1. 어닐링쌍정은 변형쌍정 보다도 폭이 넓고 측면이 곧다.
  2. 어닐링쌍정은 변형쌍정 보다도 폭이 좁고 측면이 곧지 않다.
  3. 어닐링쌍정은 변형쌍정 보다도 폭이 넓고 측면이 곧지 않다.
  4. 어닐링쌍정은 변형쌍정 보다도 폭이 좁고 측면이 곧다.
(정답률: 63%)
  • 어닐링쌍정은 재결정 과정에서 형성되어 평형 상태에 가깝기 때문에 변형쌍정에 비해 폭이 넓고 경계면(측면)이 직선적으로 곧게 나타나는 특징이 있습니다.
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74. 취성파괴에 대한 griffith 이론을 설명한 것 중 틀린 것은?

  1. 취성 재료 속에는 많은 미세균열이 있다.
  2. 균열이 취성파괴로 발전하면 그 균열 양쪽 면적이 증가한다.
  3. 이론응집력과 결정의 파괴강도는 차이가 없다.
  4. 균열이 전파하려면 균열의 전파로 인한 탄성 변형에너지의 감소가 적어도 새로운 균열면을 만드는데 필요한 에너지와 같아야 한다.
(정답률: 64%)
  • Griffith 이론은 실제 재료의 파괴강도가 이론적인 응집력보다 훨씬 낮은 이유를 재료 내부의 미세 균열(Crack) 때문이라고 설명합니다. 따라서 이론응집력과 실제 파괴강도 사이에는 매우 큰 차이가 존재합니다.
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75. 상온에서 큰 소성변형을 받은 재료를 어닐링하면 재결정이 일어나는데 이 때의 구동력으로 옳은 것은?

  1. 축적에너지
  2. 표면에너지
  3. 입계에너지
  4. 회복현상
(정답률: 80%)
  • 소성 변형 과정에서 재료 내부에 축적된 전위 에너지(축적에너지)가 재결정 시 새로운 결정립을 형성하며 소멸하려는 성질이 있으며, 이것이 재결정을 일으키는 핵심 구동력이 됩니다.
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76. 전위와 점결함의 상호작용에 관한 설명 중 옳은 것은?

  1. 점결함과 전위와의 상호작용 에너지가 음의 값을 가지면 인력이 작용하고, 양의 값을 가지면 척력이 작용한다.
  2. 용매원자보다 큰 용질원자는 칼날전위의 압축영역으로 끌린다.
  3. 점결함이 기지보다 탄성적으로 더 연하면 점결함과 전위 사이에는 척력이 작용한다.
  4. 공공(空孔)은 전위의 인장영역으로 끌려가지만 격자간 원자는 압축영역 에모인다.
(정답률: 63%)
  • 열역학적으로 상호작용 에너지가 음수($-$)이면 시스템의 전체 에너지가 낮아지는 방향이므로 인력이 작용하고, 양수($+$)이면 에너지가 높아지므로 서로 밀어내는 척력이 작용합니다.

    오답 노트
    큰 용질원자: 압축영역이 아닌 인장영역으로 끌림
    공공: 인장영역이 아닌 압축영역으로 끌림
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77. 다음 중 가공경화에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 고온 일수록 가공경화가 잘일어난다.
  2. BCC 금속이HCP 금속보다 가공경화가 더 잘 일어난다.
  3. 가공경화는 전위의 집적 또는 전위의 교차에 의해서 일어난다.
  4. 고용체가 순수한 금속보다 반드시 가공경화가 더 잘 어난다고는 말할 수 없다.
(정답률: 57%)
  • 가공경화는 소성 변형 시 전위의 밀도가 증가하고 서로 엉켜 이동이 방해받으며 강도가 높아지는 현상입니다. 온도가 높아지면 전위의 이동과 재배열이 쉬워지는 회복 현상이 촉진되어 가공경화 효과가 감소합니다.

    오답 노트
    BCC 금속: 슬립계가 많아 가공경화가 더 잘 일어남
    전위의 집적/교차: 가공경화의 근본적인 원인
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78. 석출경화에 대한 Orowan의 이론은 어느 것에 근거한 것인가?

  1. 전위 loop를 남기는 by-pass과정
  2. 화학적 경화이론에 의한 계면 에너지의 증가 과정
  3. 역위상(逆位相)에 의한 기하학적 상호 작용
  4. 용질원자와의 탄성적 상호 작용
(정답률: 67%)
  • Orowan 이론은 전위가 석출물과 상호작용할 때, 석출물을 자르지 못하고 그 주위를 우회(by-pass)하면서 석출물 주위에 전위 루프(loop)를 남기며 이동한다는 원리에 근거합니다.
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79. 고온크리프의 변형 기구에 해당되지 않는 것은?

  1. 전위의 상승
  2. 결정입계의 미끄럼
  3. 공공의 확산
  4. 쌍정의 발생
(정답률: 65%)
  • 고온 크리프는 전위의 상승(Climb), 결정입계 미끄럼, 공공의 확산 등에 의해 발생합니다. 쌍정의 발생은 주로 저온이나 특정 결정 구조에서 발생하는 변형 기구이며 고온 크리프의 주된 기구는 아닙니다.
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80. 전단가공(shearing)할 때 punch와 dies의 간격에 설명 중 틀린 것은?

  1. 간격이 너무 작으면 고르지 않아 파단면을 갖는다.
  2. 간격이 너무 크면 둥그스런 파단면(burr)을 갖는다.
  3. 간격이 너무 크면 파단면은 결함을 가지나 소요 에너지는 감소한다.
  4. 경하고 강한 재료에서는 간격을 작게한다.
(정답률: 58%)
  • 전단가공 시 펀치와 다이의 간격(Clearance)이 너무 크면 전단면의 품질이 저하되어 버(burr)가 크게 발생하며, 재료의 변형량이 증가하여 오히려 소요 에너지가 증가하게 됩니다.
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5과목: 표면공학

81. 무전해니켈액의 구성 성분에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 니켈염: 니켈 피막을 부여한다.
  2. 환원재: 니켈 이온의 P성분의 공급원이다.
  3. 착화제: 니켈염의 침전을 방지하고 액을 안정화시킨다.
  4. 안정제: 자기 분해를 촉진 시킨다.
(정답률: 79%)
  • 안정제는 무전해 니켈 도금액의 자기 분해를 억제하여 액의 수명을 연장시키고 안정성을 유지하는 역할을 합니다. 따라서 자기 분해를 촉진시킨다는 설명은 틀린 것입니다.
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82. 일반적으로 용융 도금에 사용되지 않는 금속은?

  1. Zn
  2. Al
  3. Sn
  4. Ni
(정답률: 68%)
  • 용융 도금은 금속을 녹여 침적시키는 방법으로 Zn, Al, Sn 등이 주로 사용됩니다. Ni는 일반적으로 용융 도금보다는 전기도금 방식으로 처리합니다.
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83. 다음 중 강을 열처리 할 때 발생된 잔류응력을 제거하는 방법이 아닌 것은?

  1. 용체화 처리를 한다.
  2. 저온 풀림을 한다.
  3. 심냉처리 급열법을 한다.
  4. 피닝으로 처리를 한다.
(정답률: 53%)
  • 잔류응력 제거는 주로 풀림, 피닝, 심냉처리 등을 통해 이루어집니다. 반면 용체화 처리는 고용도를 높여 조직을 균질화하는 공정으로 잔류응력 제거가 주 목적이 아닙니다.
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84. 강재를 침탄 담금질한 후 잔류 오스테나이트가 많은 강재를 연마하였더니 균열이 발생했다. 이 연마 균열을 방지하는 방법으로 옳은 것은?

  1. 침탄 처리 후 확산 풀림처리를 하고 담금질한 다음에 연마한다.
  2. 침탄 담금질 후 심냉처리를 하고 난 다음, 100~200°C에서 뜨임한 후 연마한다.
  3. 침탄 후 담금질 시냉각속도를 빠르게 한 다음에 연마한다.
  4. 침탄 담금질 후 구상화풀림 처리를 한 다음 550~650°C에서 뜨임 한 후연마한다.
(정답률: 60%)
  • 잔류 오스테나이트는 연마 시 변태하여 부피 변화를 일으키고 균열을 유발합니다. 이를 방지하기 위해 심냉처리를 통해 오스테나이트를 마르텐사이트로 변태시킨 후, $100 \sim 200^{\circ}C$에서 뜨임하여 조직을 안정화한 뒤 연마해야 합니다.
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85. Anodizing의 일반적인 주요 공정순서로 옳은 것은?

  1. 전처리 → anodizing → coloring → sealing
  2. 전처리 → sealing → anodizing → coloring
  3. 전처리 → anodizing → sealing → coloring
  4. 전처리 → coloring → anodizing → sealing
(정답률: 66%)
  • 양극산화(Anodizing) 공정은 표면을 깨끗이 하는 전처리, 피막을 형성하는 anodizing, 색상을 입히는 coloring, 마지막으로 기공을 메우는 sealing 순으로 진행됩니다.
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86. 양극산화 처리에서 생성된 양극산화 피막은 다공질이고 흡습성이 강하므로 그 피막은 여러 가지 결점이 생길 수 있다. 이와 같은 결점을 개선하기 위한 처리법은?

  1. 스퍼터링(Sputtering)
  2. 씰링(Sealing)
  3. 메탈라이징(Metallizing)
  4. 세러다이징(Sheradizing)
(정답률: 69%)
  • 양극산화 피막의 다공질 구조로 인한 흡습성과 결점을 보완하기 위해, 미세한 구멍을 메워 밀봉하는 씰링(Sealing) 처리가 필요합니다.
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87. 다음 중 XRD의 구성 장치가 아닌 것은?

  1. Geioger관
  2. 반도체 변환기
  3. X선관
  4. Hemisphericalanalyzer(CHA)
(정답률: 65%)
  • XRD(X-선 회절 분석기)는 X선을 발생시키는 X선관, 회절된 X선을 검출하는 Geiger관 및 반도체 변환기 등으로 구성됩니다. Hemispherical analyzer(CHA)는 주로 XPS나 AES 같은 표면 분석 장비에서 에너지를 분산시키는 장치로 사용됩니다.
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88. 뜨임 균열에 대한 방지대책으로 틀린 것은?

  1. 잔류 응력이 남게 하며,가열을 급속히 한다.
  2. Ms점, Mf점이 낮은 고합금강은 2번 뜨임을 실시한다.
  3. 결정입계의 취성을 나타내는 화학성분을 감소시킨다.
  4. 응력이 집중되는 부분은 열처리상 알맞게 설계한다.
(정답률: 72%)
  • 뜨임 균열을 방지하기 위해서는 잔류 응력을 제거하고 가열을 서서히 진행하여 열충격을 최소화해야 합니다. 따라서 잔류 응력이 남게 하거나 급속 가열하는 것은 균열을 유발하는 잘못된 방법입니다.
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89. 다음의 건식도금법 중 증착률이 가장 낮은 방법은?

  1. 스퍼터링
  2. 화학증착
  3. 진공증착
  4. 이온도금
(정답률: 76%)
  • 건식도금법 중 스퍼터링은 타겟 물질을 이온으로 때려내어 증착시키는 방식으로, 진공증착이나 이온도금, 화학증착에 비해 증착률(Deposition Rate)이 가장 낮습니다.
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90. 진공증착, 스퍼터링, 이온도금으로 제조된 박막의 특성을 설명한 것 중 틀린 것은?

  1. 이온도금으로 제조된 박막의 부착강도가 가장 크다.
  2. 스퍼터링으로 제조된 박막의 도금속도가 가장 빠르다.
  3. 진공증착과 이온도금으로 제조된 박막의 도금속도는 거의 비슷하다.
  4. 진공증착으로 박막을 제조할 때 기판의 온도상승이 가장 작다.
(정답률: 69%)
  • 박막 제조 공정별 특성을 비교하면 이온도금은 부착강도가 가장 우수하고, 진공증착은 기판 온도 상승이 가장 적습니다. 하지만 도금 속도는 진공증착과 이온도금이 빠르며, 스퍼터링은 상대적으로 도금 속도가 매우 느린 것이 특징입니다.
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91. 주사전자현미경은 시료표면 형상 관찰 이외에도 조성차이에 따른 콘트라스트를 영상화 할 수 있어 특정한 상의 분포를 쉽게 알 수 있게해 준다. 이러한 조성에 의한 콘트라스트를 발생시키는 전자는?

  1. 후방산란전자
  2. 이차전자
  3. Auger전자
  4. 캐소드광전자
(정답률: 78%)
  • 후방산란전자는 시료의 원자번호가 클수록 더 많이 발생하므로, 조성 차이에 따른 콘트라스트를 통해 특정 상의 분포를 분석하는 데 사용됩니다.

    오답 노트
    이차전자: 표면의 형상(Morphology) 관찰에 주로 사용됨
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92. 물리적증착(PVD)법을 전기도금이나 용사법 등의 표면피복법과 비교하여 장점을 설명한 것 중 틀린 것은?

  1. 피막의 조성은 고순도가 된다.
  2. 피막과 기판의 부착력을 조절 할 수 있다.
  3. 플라즈마를 사용하므로 공정을 구성하는 장치가 간단하고 비용이 비교적 저렴하다.
  4. 플라즈마(Plasma)상태의 화학적 활성을 이용하여 화합물의 피막을 생성시킬 경우 소재의 온도를광범위하게 변화시킬 수가 있다.
(정답률: 78%)
  • PVD법은 고순도 피막 형성이 가능하고 부착력 조절 및 온도 제어가 가능하다는 장점이 있지만, 고진공 장비와 플라즈마 발생 장치가 필요하므로 공정 장치가 복잡하고 비용이 상대적으로 고가입니다.
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93. 다음 중 CVD증착에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 비교적 접착력이 좋은 표면이 얻어진다.
  2. 이론에 가까운 밀도로 증착할 수 있다.
  3. 미립자의 코팅에는 적용할 수 없다.
  4. Throwing Power가 좋다.
(정답률: 80%)
  • CVD 증착은 화학 반응을 통해 박막을 형성하므로 복잡한 형상의 미립자 코팅에도 적용이 가능하며, 단차 피복성(Throwing Power)이 우수하고 밀도가 높으며 접착력이 좋은 표면을 얻을 수 있습니다.
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94. 합금원소를 많이 함유한 공구강 등에서 풀림시간을 단축시키기 위하여 강을 오스테나이트화 한 후, TTT곡선의 코(nose)온도에 해당되는 600~650°C의 노속에 넣어 5~6시간 동안 유지한 다음 공냉시키는 방법은?

  1. 완전풀림
  2. 항온풀림
  3. 확산풀림
  4. 구상화풀림
(정답률: 73%)
  • 오스테나이트화 후 TTT 곡선의 코(nose) 온도인 $600 \sim 650^{\circ}C$의 노 속에서 일정 시간 유지하여 풀림 시간을 단축시키는 방법은 항온풀림의 핵심 정의입니다.
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95. 진공증착에서 박막형성의 단계로 볼 수 없는 것은?

  1. 증발원반응
  2. 소스(source)와 기판간 기체의 이동
  3. 핵생성과 성장에 의한 기체(가스)의 응축
  4. 촉매입자의 형성과 금속원자의 흡착
(정답률: 50%)
  • 진공증착의 박막 형성 과정은 증발원 반응, 기판으로의 기체 이동, 그리고 기판 표면에서의 핵생성과 성장을 통한 응축 단계로 이루어집니다. 촉매입자의 형성과 금속원자의 흡착은 일반적인 진공증착의 기본 메커니즘에 해당하지 않습니다.
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96. 기계구조용 공구강이나 저합금강에 실시되는 고주파경화의 경우 급속가열로 인하여 강 중의 탄소확산이 불충분해지기 쉽다. 이에 대한 대책으로 적합한 것은?

  1. 잔류 응력을 제거하고 열처리를 행한다.
  2. 잔류 오스테나이트의 양을 적게해서 열처리를 행한다.
  3. Cr탄화물을 만든 다음 열처리를 행한다.
  4. 사전에 소르바이트 조직을 만들어 열처리를 행한다.
(정답률: 48%)
  • 고주파경화 시 급속가열로 인한 탄소 확산 부족을 해결하기 위해서는, 탄소가 균일하게 분산되어 확산이 용이한 소르바이트 조직을 사전에 만들어 열처리를 행하는 것이 가장 효과적인 대책입니다.
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97. 25cmx25cm 크기의 판을 양면 도금하는데 35A의 전류가 흘렀다면 전류밀도는 얼마인가?

  1. 1.5A/dm2
  2. 2.8A/dm2
  3. 4.3A/dm2
  4. 4.5A/dm2
(정답률: 64%)
  • 전류밀도는 단위 면적당 흐르는 전류의 양을 의미하며, 양면 도금이므로 면적에 2를 곱해야 합니다.
    ① [기본 공식] $J = \frac{I}{A \times 2}$
    ② [숫자 대입] $J = \frac{35}{25 \times 25 \times 10^{-2} \times 2}$
    ③ [최종 결과] $J = 2.8\text{ A/dm}^{2}$
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98. 알루미늄의 양극산화법에서 양극의 물건걸이의 재료로 가장 적당한 것은?

  1. 구리선
  2. 황동선
  3. 알루미늄선
  4. 강철선
(정답률: 68%)
  • 알루미늄 양극산화법에서는 전해액 내에서 불순물 유입을 방지하고 전기적 특성을 일치시키기 위해, 양극 물건걸이 재료로 피처리물과 동일한 알루미늄선을 사용하는 것이 가장 적당합니다.
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99. 공업적으로 도금이 가능한 플라스틱인 ABS는 공중 합체로 에칭에 의하여 특정성분을 용해시켜 갈고리 효과를 얻게 된다. ABS수지에서 에칭으로 용해되어 갈고리 효과를 주는 것은?

  1. 아크릴로니트릴(Acrylonitrile)
  2. 부타디엔(Butadiene)
  3. 스틸렌(Styrene)
  4. ABS소재 표면에 전체적으로 용해
(정답률: 63%)
  • ABS 수지는 아크릴로니트릴, 부타디엔, 스틸렌의 공중합체입니다. 이 중 부타디엔(Butadiene) 성분은 에칭액에 의해 선택적으로 용해되어 표면에 미세한 구멍(갈고리 효과)을 형성함으로써 도금 밀착력을 높여줍니다.
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100. 오스테나이트계스테인리스강을용접후950°C에서후열처리를할필요가있는경우에해당되는것은?

  1. 치수 및 형상의 변화가 필요할때
  2. 담금질에 의한 경화가 필요할때
  3. 내식성의 향상이 필요할때
  4. 탄화물의 석출이 필요할때
(정답률: 68%)
  • 오스테나이트계 스테인리스강을 용접한 후 $950^{\circ}C$에서 후열처리를 하는 이유는 용접 시 발생한 예민화 현상을 제거하여 내식성을 향상시키기 위함입니다.
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