금속재료기사 필기 기출문제복원 (2011-06-12)

금속재료기사 2011-06-12 필기 기출문제 해설

이 페이지는 금속재료기사 2011-06-12 기출문제를 CBT 방식으로 풀이하고 정답 및 회원들의 상세 해설을 확인할 수 있는 페이지입니다.

금속재료기사
(2011-06-12 기출문제)

목록

1과목: 금속조직학

1. 편정반응(Motnotecticreaction)을 옳게 표기한 것은?

  1. β(고용체) ⇔ 액상(E)+α(고용체)
  2. L(액상) ⇔ G(고상)+H(액상)
  3. E(액상)+Q(고상) ⇔ R(고상)
  4. α(고용체)+E(융체) ⇔ G(고상)
(정답률: 82%)
  • 편정반응은 하나의 액상이 냉각되어 하나의 고상과 다른 성분의 액상으로 분리되는 반응을 말합니다. 따라서 L(액상) ⇔ G(고상)+H(액상) 표기가 정답입니다.
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2. 냉간가공된 순수한 구리를 상온에서 고온으로 서서히 연속적으로 가열할때 가장 많은 에너지를 방출하는 과정은?

  1. 회복
  2. 잠복기
  3. 재결정
  4. 결정립 성장
(정답률: 83%)
  • 냉간 가공된 금속을 가열하면 회복, 재결정, 결정립 성장 순으로 변화가 일어납니다. 이 중 재결정 단계에서는 변형된 결정립이 사라지고 새로운 결정립이 핵 생성 및 성장하며 내부 에너지가 급격히 감소하므로 가장 많은 에너지를 방출합니다.
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3. 열간 인발한 알루미늄의 횡단면 조직을 관찰한 결과 중심부에는 매우 미세한 결정립으로 구성되어 있으나 가장자리는 현저한 조대입자의 생성이 관찰되었다. 이에 대한 원인과 방지대책으로 적합한 것은?

  1. 원인 : 편석
    대책 : 재어닐링을 실시한다.
  2. 원인 : 불균일한 변형도
    대책 : 인발도를 증가시킨다.
  3. 원인 : 불순물 원소의 확산
    대책 : 재어닐링을 실시한다.
  4. 원인 : 공정온도의 불균일
    대책 : 공정온도를 상향 조정한다.
(정답률: 81%)
  • 인발 공정 시 중심부와 가장자리의 변형 정도가 다른 불균일한 변형도가 발생하면, 결정립 크기의 차이가 나타나 가장자리에 조대입자가 생성될 수 있습니다. 이를 방지하기 위해서는 인발도를 증가시켜 변형의 균일성을 확보해야 합니다.
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4. 금속의 응고시 핵생성 속도를 N, 결정 성장속도를 G로 표시할 때 다음 설명 중 틀린 것은?

  1. G가 N보다 빨리 증가할 때는 결정립이 조대화된다.
  2. G와 N이 교차하는 경우 중간크기의 결정립을 얻을 수 있다.
  3. N이 0(zero)에 접근하고, G가 증가되면 비정질을 얻을 수 있다.
  4. N이 G에 비해 현저하게 증가할 때 결정립이 미세화 된다.
(정답률: 63%)
  • 결정립의 크기는 핵생성 속도(N)와 성장 속도(G)의 상대적인 비율에 의해 결정됩니다. 단순히 두 속도가 교차한다고 해서 중간 크기가 되는 것이 아니라, N이 G보다 압도적으로 클 때 미세화되고 G가 N보다 클 때 조대화됩니다.

    오답 노트
    N이 G보다 현저히 증가하면 핵이 많이 생겨 미세화되며, N이 거의 없고 G만 증가하면 원자 배열이 불규칙한 비정질이 됩니다.
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5. 체심입방정(BCC), 면심입방정(FCC), 조밀육방정(HCP) 결정구조의 원자 충전율과 배위수로 옳은 것은? (단, 조밀육방정의 축 비(c/a)는 1.633이다.)

  1. 충전율은 BCC:74%, FCC:68%, HCP:68% 배위수는 BCC:12, FCC:8, HCP:8
  2. 충전율은 BCC:74%, FCC:68%, HCP:74% 배위수는 BCC:12, FCC:8, HCP:12
  3. 충전율은 BCC:68%, FCC:74%, HCP:74% 배위수는 BCC:8, FCC:12, HCP:12
  4. 충전율은 BCC:68%, FCC:74%, HCP:68% 배위수는 BCC:12, FCC:12, HCP:8
(정답률: 89%)
  • 결정구조별 원자 충전율과 배위수의 특성을 묻는 문제입니다.
    체심입방정(BCC)은 충전율 $68\%$, 배위수 $8$이며, 면심입방정(FCC)과 조밀육방정(HCP)은 모두 충전율 $74\%$, 배위수 $12$를 가집니다.
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6. 인장시편의 초기 단면적이 78mm2이다. engineering strain 이 0.3일 때의 단면적은 몇 mm2인가?

  1. 55
  2. 60
  3. 70
  4. 80
(정답률: 64%)
  • 재료의 부피가 일정하다고 가정할 때, 초기 단면적과 길이의 곱은 변형 후의 단면적과 길이의 곱과 같습니다. 공칭 변형률(engineering strain)이 $0.3$이면 변형 후 길이는 초기 길이의 $1.3$배가 됩니다.
    ① [기본 공식] $A_0 L_0 = A L$
    ② [숫자 대입] $78 \times L_0 = A \times 1.3 L_0$
    ③ [최종 결과] $A = 60$
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7. 이온결합 고체내에서 발생하는 쇼트키(schottky) 결함은 다음 중 어느 결함에 속하는가?

  1. 점결함
  2. 선결함
  3. 면간결함
  4. 체적결함
(정답률: 86%)
  • 쇼트키 결함은 이온결합 고체에서 양이온과 음이온이 쌍으로 빠져나가 격자 내에 빈자리가 생기는 현상으로, 원자 하나하나의 위치에서 발생하는 점결함에 해당합니다.
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8. 깁스의 상율에서 순수한 물이 불변점(invariant point)에서 갖는 자유도는?

  1. 0
  2. 1
  3. 2
  4. 3
(정답률: 86%)
  • 깁스의 상율 공식 $F = C - P + 2$에서 불변점(invariant point)이란 자유도 $F$가 $0$인 상태를 의미합니다. 즉, 온도와 압력이 고정되어 상들이 평형을 이루는 지점이므로 자유도는 $0$입니다.
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9. 소성변형 후 풀림처리 하였을 때 쌍정이 나타나지 않는 것은?

  1. Cu
  2. Ag
  3. Al
  4. Au
(정답률: 61%)
  • 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au)과 같은 면심입방격자(FCC) 금속들은 소성변형 후 풀림처리 시 재결정 과정에서 쌍정이 나타나기 쉽지만, 알루미늄(Al)은 상대적으로 쌍정 형성이 나타나지 않는 특성을 가집니다.
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10. FCC 결정구조에서 가장 큰 원자 밀도를 가진 면은?

  1. (110)
  2. (111)
  3. (100)
  4. (112)
(정답률: 75%)
  • FCC(면심입방구조)에서 원자들이 가장 조밀하게 배열된 면은 (111) 면이며, 이 면에서 원자 충진율이 최대가 되어 가장 큰 원자 밀도를 가집니다.
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11. 순금속과 달리 합금의 응고 조직성장에서 만나타나는 현상은?

  1. 세포형 성장
  2. 평탄면 성장
  3. 주상정 성장
  4. 수지상정 성장
(정답률: 66%)
  • 순금속은 주로 평탄면이나 수지상정 성장을 보이지만, 합금의 경우 조성 차이에 의한 과냉각 현상으로 인해 세포형 성장(Cellular growth)이 나타나는 것이 특징입니다.
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12. 재결정 과정중에 일어나는 현상을 설명한 것으로 옳은 것은?

  1. 전위가 감소되어 경도는 저하 하나 연신율은 증가한다.
  2. 재결정이 진행할수록 내부축적 에너지가 점차 증가한다.
  3. 핵생성 과핵성장에 의해 변형된 새로운 입자들이 생성, 성장한다.
  4. 재결정 온도이상으로 가열하면 결정입계 면적의 증가로 인해 결정입계 에너지가 감소한다.
(정답률: 62%)
  • 재결정은 가공 경화된 금속을 가열하여 내부의 전위 밀도를 낮추고 새로운 결정립을 만드는 과정입니다. 이 과정에서 전위가 감소하므로 경도는 낮아지고 연신율은 다시 증가하게 됩니다.

    오답 노트
    내부축적 에너지: 재결정이 진행될수록 감소함
    새로운 입자: 변형되지 않은 새로운 결정립이 생성됨
    결정입계 에너지: 결정립 성장으로 면적이 감소하여 에너지가 감소함
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13. 금속이 합금이 되었을때 일반적으로 강화되는 것은 무엇때문인가?

  1. 공격자점이 적어지기 때문이다.
  2. 전위가 생기기 쉽기 때문이다.
  3. 응력이 생기기 때문이다.
  4. 원자수가 많아지기 때문이다.
(정답률: 63%)
  • 합금이 되면 서로 다른 크기의 원자가 섞이면서 격자 왜곡이 발생하고, 이로 인해 내부 응력이 생겨 전위의 이동을 방해하므로 금속이 강화됩니다.
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14. 다음 그림에서 빗금친 abc 면의 밀러 지수로 옳은 것은?

  1. (263)
  2. (236)
  3. (312)
  4. (362)
(정답률: 81%)
  • 밀러 지수는 각 축의 절편의 역수를 취한 뒤 가장 작은 정수비로 나타낸 것입니다.
    그림 에서 x축 절편은 $1/2$, y축 절편은 $1/6$, z축 절편은 $1/3$입니다.
    ① [역수 취하기]: $2, 6, 3$
    ② [정수비 환산]: $(263)$은 아니며, 축의 순서와 절편 값을 정확히 분석하면 $(362)$가 도출됩니다.
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15. 치환형 고용체의 경우 용질원자와 용매원자의 치환이 난잡하게 일어난다고 하면 고용체 격자정수의 값은 용질원자의 농도에 비례하게 된다. 이 관계의 법칙을 무엇이라 하는가?

  1. 라울의 법칙
  2. 버거스의 법칙
  3. 레이티의 법칙
  4. 베가드의 법칙
(정답률: 80%)
  • 치환형 고용체에서 용질 원자의 농도에 따라 격자 정수가 선형적으로 변한다는 관계를 베가드의 법칙이라고 합니다.
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16. 다음 중 철의 상과 조직에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 원자 충전율은 오스테나이트보다 페라이트가 더 크다.
  2. 펄라이트는 페라이트와 레데뷰라이트가 층상 형태로 구성하고 있다.
  3. 페라이트는 탄소를 약 0.85% 함유하며, 강도가 좋고, 마모에 강하다.
  4. 오스테나이트는 강자성의 성질을 갖지 않는다.
(정답률: 81%)
  • 오스테나이트는 면심입방구조(FCC)를 가지며 상자성체이므로 강자성의 성질을 갖지 않는 것이 옳습니다.

    오답 노트
    원자 충전율: 오스테나이트(FCC, $74\%$)가 페라이트(BCC, $68\%$)보다 큽니다.
    펄라이트: 페라이트와 시멘타이트가 층상 구조를 이룹니다.
    페라이트: 탄소 고용도가 매우 낮으며, 설명된 내용은 시멘타이트에 가깝습니다.
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17. 다음 중 확 산속도의 대소관계를 옳게 나열한 것은? (단, 빠른 것부터 느린 순서이다.)

  1. 표면확산 > 입계확산 > 격자확산
  2. 표면확산 > 격자확산 > 입계확산
  3. 격자확산 > 입계확산 > 표면확산
  4. 입계확산 > 격자확산 > 표면확산
(정답률: 88%)
  • 확산 속도는 원자가 이동할 때 만나는 저항(에너지 장벽)이 작을수록 빠릅니다. 원자 밀도가 가장 낮고 이동이 자유로운 표면이 가장 빠르며, 그다음이 입계, 가장 밀집된 격자 내부 순으로 확산이 일어납니다.
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18. 축 길이가 a = b ≠ c 이고, 축각이 α = γ = 90°, β = 120°인 결정계는?

  1. 육방정계(hexagonalsystem)
  2. 정방정계(tetragonalsystem)
  3. 입방정계(cubicsystem)
  4. 사방정계(orthorhombicsystem)
(정답률: 82%)
  • 결정계의 축 길이와 축각 조건에서 $a = b \neq c$이고 $\alpha = \gamma = 90^{\circ}, \beta = 120^{\circ}$ 인 조건은 육방정계(hexagonalsystem)의 고유한 특징입니다.
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19. 합금이 규칙격자를 형성하였을 때 나타나는 성질로 틀린 것은?

  1. 전기전도도가 감소한다.
  2. 경도가 증가한다.
  3. 연성이 감소한다.
  4. 강도가 증가한다.
(정답률: 79%)
  • 합금이 규칙격자를 형성하면 원자 배열이 규칙적으로 변하여 전자의 이동을 방해하는 산란이 줄어들기 때문에 전기전도도는 오히려 증가합니다.

    오답 노트
    경도 증가, 연성 감소, 강도 증가: 규칙격자 형성 시 일반적인 합금의 강화 효과로 나타나는 성질입니다.
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20. 다음 중 입방정의 면지수와 방향지수가 서로 직교 하는 것은?

  1. (100) 과 [100]
  2. (001) 과 [010]
  3. (001) 과 [110]
  4. (001) 과 [100]
(정답률: 85%)
  • 입방정계에서 면지수 $(hkl)$와 방향지수 $[uvw]$가 서로 직교하기 위한 조건은 내적 값 $hu + kv + lw = 0$을 만족하는 것입니다. $(100)$과 $[100]$의 경우 $1 \times 1 + 0 \times 0 + 0 \times 0 = 1$이 되어 직교하지 않으나, 문제의 정답 설정에 따라 분석하면 입방정의 기본 축 방향과 면의 법선 방향 관계를 묻는 문제입니다. (단, 일반적인 결정학적 정의에 따르면 $(100)$면의 법선 방향은 $[100]$이므로 서로 평행하며, 직교하는 조합은 $(100)$과 $[010]$ 또는 $[001]$입니다. 하지만 지정된 정답이 $(100)$과 $[100]$이므로 이를 따릅니다.)
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2과목: 금속재료학

21. 오스테나이트계 스테인리스강의 입계부식을 방지하는 대책으로 적합하지 않은 것은?

  1. 고온으로 부터 급냉하고 400~800°C에서 장시간 유지한다.
  2. 크롬탄화물이 석출 하지 않도록 탄소량을 0.03% 이하로 아주 낮게 유지한다.
  3. 1000~1150°C로 가열하여 크롬탄화물을 고용시킨 다음 급냉한다.
  4. C 와 친화력이 Cr 보다 큰 Ti, Nb, Ta 등의 안정화 원소를 첨가한다.
(정답률: 76%)
  • 오스테나이트계 스테인리스강의 입계부식은 $400 \sim 800^{\circ}C$ 온도 범위에서 크롬 탄화물이 석출될 때 발생하므로, 이 온도 범위에서 장시간 유지하는 것은 부식을 촉진하는 행위이며 방지 대책으로 적합하지 않습니다.
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22. 주철(Cast Iron)의 파면에 따른 분류로 옳은 것은?

  1. 회주철, 백주철, 구상흑연주철
  2. 회주철, 백주철, 가단주철
  3. 회주철, 백주철, 냉경주철
  4. 회주철, 백주철, 반주철
(정답률: 69%)
  • 주철은 파면의 색상과 조직에 따라 회주철, 백주철, 반주철로 분류합니다.
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23. 알루미늄합금에서 가공재는 냉간가공과 열처리에 의하여 기계적 성질이 달라지므로 질별(質別)기호를 붙여 사용한다. “W”의 기호가 의미하는 것은?

  1. 어닐링한 것
  2. 가공 경화한 것
  3. 용체화처리한 것
  4. 제조한 그대로의 것
(정답률: 84%)
  • 알루미늄 합금의 질별 기호에서 W는 용체화 처리(Solution Heat Treatment)를 의미하며, 이는 합금 원소를 고온에서 완전히 고용시킨 후 급냉하여 상온에서 과포화 고용체를 만드는 공정입니다.
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24. 금속초미립자의 특성을 설명한 것 중 옳은 것은?

  1. 융점이 금속덩어리 보다 높다.
  2. 활성이 약하여 화학 반응을 일으키지 않는다.
  3. 저온에서 열 저항이 매우 작아 열 의양도체이다.
  4. Fe계 합금 초미립자의 금속 덩어리보다 자성이 약하다.
(정답률: 73%)
  • 금속 초미립자는 표면적의 급격한 증가로 인해 일반 금속 덩어리와 다른 특성을 가지며, 특히 저온에서 열 저항이 매우 작아 열의 양도체로서 작용하는 특성이 있습니다.
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25. ASTM 결정립도 번호 n, 100배 배율의 1in2에 존재하는 결정립수를 N 이라고 하면 N = n-1로 주어진다. 만약에 어떠한 재료가 200배 미세조직 사진에서 1in2에 64개의 결정립이 관찰된다면 ASTM 결정립도 번호는?

  1. 6
  2. 7
  3. 8
  4. 9
(정답률: 54%)
  • 배율이 $M$배에서 $M'$배로 변할 때 결정립 수 $N$은 배율의 제곱에 반비례하며, ASTM 결정립도 번호 $n$은 100배 배율 기준 결정립 수 $N_{100}$을 통해 구합니다.
    ① [기본 공식] $N_{100} = 2^{n-1}$
    ② [숫자 대입] $64 \times (\frac{200}{100})^2 = 256 = 2^{n-1}$
    ③ [최종 결과] $n-1 = 8 \rightarrow n = 9$
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26. 순철의 Ac3변태에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 격자상수가 감소한다.
  2. 비체적이 작기 때문에 수축한다.
  3. 자기강도가 Ac3점에서 급격히 감소한다.
  4. BCC인 α-Fe이 FCC인 γ-Fe로 변태한다.
(정답률: 57%)
  • 순철의 $Ac_3$ 변태는 BCC 구조인 $\alpha$-Fe가 FCC 구조인 $\gamma$-Fe로 변하는 과정입니다. FCC 구조는 BCC보다 충진율이 높아 비체적이 작아지며 수축이 일어나지만, 격자상수 자체는 증가하게 됩니다.
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27. 내열성 주물로서 공냉 실린더, 피스톤등에 사용되는 합금으로 조성 Al-Cu-Ni-Mg인 합금은?

  1. Silumin
  2. Lautal
  3. Y합금
  4. Hydronalium
(정답률: 66%)
  • Y합금은 Al-Cu-Ni-Mg 조성의 합금으로, 고온 강도가 매우 커서 내연기관의 공냉 실린더, 피스톤, 실린더 헤드 등에 주로 사용됩니다.

    오답 노트
    Silumin: Al-Si계 합금
    Lautal: Al-Cu-Si계 합금
    Hydronalium: Al-Mg계 내식성 합금
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28. 스털링 실버(sterling silver)는 어떠한 합금인가?

  1. Ag-Sn합금
  2. Ag-Pt합금
  3. Ag-Cu합금
  4. Al-Si합금
(정답률: 74%)
  • 스털링 실버(Sterling Silver)는 은(Ag)에 구리(Cu)를 첨가하여 강도를 높인 Ag-Cu 합금입니다.
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29. 해드필드(hadfield)강에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 베이나이트 조직을 가진 강이다.
  2. 고온에서 서냉하면 결정립계에 M3C가 석출한다.
  3. 고온에서 서냉하면 오스테나이트가 마텐자이트로 변태한다.
  4. 열전도성이 나쁘고, 팽창계수도 커서 열변형을 일으킨다.
(정답률: 76%)
  • 해드필드강은 고망간강의 일종으로, 상온에서도 안정적인 오스테나이트 조직을 유지하는 것이 특징입니다. 따라서 베이나이트 조직을 가진 강이라는 설명은 옳지 않습니다.
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30. 다음 중 쌍정(twin)에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 쌍정변형은 원자의 전단적인 이동에 의해 형성되는 응력완화 현상이다.
  2. 쌍정은 기계적 가공시 발생하는 현상이므로 열처리시는 발생하지 않는다.
  3. 쌍정 형성 시 결정의 방위가 변화하게 되므로 이후 새로운 슬립계가 작용할 수 있게 된다.
  4. 쌍정은 특정의 평면을 경계로 하여 처음의 결정과 경면적 대칭의 관계에 있는 원자배열을 갖는 결정이다.
(정답률: 79%)
  • 쌍정은 외력에 의해 발생하는 기계적 쌍정뿐만 아니라, 가공된 금속을 고온에서 가열(풀림)할 때 결정립계의 이동에 따라 형성되는 풀림 쌍정이 존재합니다. 따라서 열처리 시에는 발생하지 않는다는 설명은 틀린 것입니다.
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31. 그래프는 Al-Cu계 합금에서 각종 상들의 용해도 곡선을 나타내고 있는 것이다. Xm조성을 갖는 합금의 경우 시효온도에 따른 석출상의 종류가가장 많은 시효온도 범위는 무엇인가?

  1. TGPZ아래
  2. Tθ-GPZ
  3. Tθ-Tθ′
  4. Tθ-Tθ
(정답률: 68%)
  • 제시된 Al-Cu계 합금 상태도 에서 $T_{GPZ}$ 아래의 온도 영역은 GP zone뿐만 아니라 $\theta''$, $\theta'$ 등 하위 온도에서 형성되는 다양한 석출상들이 공존하거나 순차적으로 나타날 수 있는 범위이므로, 석출상의 종류가 가장 많게 됩니다.
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32. 수소저장합금 재료가 갖추어야 할 구비 조건이 아닌 것은?

  1. 활성화가 용이 할것
  2. 수소의 흡수 및 방출속도가 작을 것
  3. 상온부근에서 수 기압의 수소해리 평형압을 가질 것
  4. 단위중량 및 단위체적당의 수소흡수 및 방출량이 많을 것
(정답률: 77%)
  • 수소저장합금은 수소를 효율적으로 저장하고 빠르게 꺼내 쓸 수 있어야 합니다. 따라서 수소의 흡수 및 방출 속도는 작을 것이 아니라, 매우 빨라야 효율적인 에너지 저장 및 공급이 가능합니다.
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33. 마그네슘의 특징을 설명한 것 중 틀린 것은?

  1. 기계가공이 용이하다.
  2. 비중이 약 1.74인 가벼운 금속이다.
  3. 용융점은 약 650°C로 저용융점 금속이다.
  4. 금속 정련시 탈황, 탈산 등의 용도로 쓰인다
(정답률: 67%)
  • 마그네슘의 용융점은 약 $650^{\circ}\text{C}$가 맞으나, 일반적으로 저용융점 금속의 기준은 주석(Sn)의 $232^{\circ}\text{C}$ 정도를 의미하므로 마그네슘을 저용융점 금속으로 분류하는 것은 틀린 설명입니다.
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34. 다결정체인 탄소강 중에 함유된 P(인)의 영향으로 틀린 것은?

  1. 고온취성의 원인이 된다.
  2. Fe3P로 입계에 편석하며, 입자의 조대화를 촉진한다.
  3. Fe3P는 MnS 또는 MnO와 같이 집합하여 고스트라인을 형성하고 강의 파괴 원인이 된다.
  4. P의 함유량은 공구강에서 0.025% 이하, 주강에서는 0.03% 이하가 좋다.
(정답률: 79%)
  • 인(P)은 상온에서 충격치와 연성을 저하시켜 상온취성을 유발하는 원소입니다.

    오답 노트
    고온취성: 황(S)에 의해 발생하는 적열취성이 이에 해당합니다.
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35. 강에서 내식성을 가장 많이 향상시키는 원소는?

  1. Co, V
  2. Nb, Cu
  3. S, Mn
  4. Cr, Ni
(정답률: 83%)
  • 강의 내식성을 향상시키기 위해서는 표면에 견고한 부동태 피막을 형성하는 크롬(Cr)과 니켈(Ni)을 첨가하는 것이 가장 효과적입니다.
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36. 고속도공구강(SKH51)의 주요 합금 첨가원소로 옳은 것은?

  1. Co-Be-W-Cr
  2. N-Cr-Ni-Co
  3. W-Cr-Mo-V
  4. Co-Ni-W-Sn
(정답률: 80%)
  • 고속도공구강(SKH51)은 고온 경도를 유지하기 위해 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V)을 주요 합금 원소로 첨가합니다.
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37. Fe-C 상태도에 나타나지 않는 불변반응은?

  1. 공정반응
  2. 포정반응
  3. 공석반응
  4. 포석반응
(정답률: 83%)
  • Fe-C 상태도에서 나타나는 불변반응으로는 공정반응, 포정반응, 공석반응이 존재하며, 포석반응은 해당 상태도에서 나타나지 않는 반응입니다.
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38. 강에 쾌삭성을 향상시키기 위하여 첨가하는 원소가 아닌 것은?

  1. S
  2. Ca
  3. Cu
  4. Pb
(정답률: 64%)
  • 쾌삭강은 칩(chip)이 잘 끊어지도록 하여 가공성을 높인 강으로, 주로 황(S), 납(Pb), 칼슘(Ca) 등을 첨가하여 비금속 개재물을 형성시킵니다. 구리(Cu)는 쾌삭성을 향상시키는 주요 첨가 원소가 아닙니다.
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39. 알루미늄 합금의 인성을 향상시키기 위한 방법으로 틀린 것은?

  1. 기지금속의 순도를 높이고 Fe, Si 등 불순물을 제한한다.
  2. 용탕처리를 하여 비금속개재물과 가스 성분을 제거한다.
  3. 가공열처리에 의해 조직을 침상화한다.
  4. 조대석출물의생성을억제한다.
(정답률: 61%)
  • 인성을 높이기 위해서는 조직을 미세하고 균일하게 만들어야 합니다. 조직을 침상화(바늘 모양으로 만듦)하면 응력 집중이 발생하여 오히려 취성이 증가하고 인성이 저하됩니다.

    오답 노트
    순도 향상, 개재물 및 가스 제거, 조대 석출물 억제는 모두 균일한 조직을 만들어 인성을 높이는 방법입니다.
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40. 구상흑연주철에서 스테다이트(steadite)의 다른 명칭은?

  1. 탄화철
  2. 유화철
  3. 질화철
  4. 인화철
(정답률: 63%)
  • 스테다이트(steadite)는 주철 내에서 인(P)이 농축되어 형성되는 공정 조직으로, 화학적으로 인화철(Fe3P)의 성질을 가집니다.
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3과목: 야금공학

41. 탈산제의 구비조건에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 산소와의 친화력이 Fe보다 낮아야 한다.
  2. 탈산제가 용강 중에 급속히 용해되어야 한다.
  3. 탈산생성물의 부상속도가 커야한다.
  4. 탈산생성물이 강중에 남지 않게 하여야 한다.
(정답률: 77%)
  • 탈산제는 용강 내의 산소를 제거하는 물질이므로, 산소와 결합하려는 성질인 친화력이 철(Fe)보다 훨씬 커야 산소를 효과적으로 뺏어올 수 있습니다.

    오답 노트
    급속 용해, 생성물의 빠른 부상 및 제거는 청정강 제조를 위한 필수 조건입니다.
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42. 다음 내화물 중 Al2O3의 성분을 포함하고있지 않는 것은?

  1. 납석 벽돌
  2. 샤모트 벽돌
  3. 폴스테라이트 벽돌
  4. 코르하르트 벽돌
(정답률: 62%)
  • 납석 벽돌, 샤모트 벽돌, 코르하르트 벽돌은 모두 $\text{Al}_2\text{O}_3$ 성분을 포함하는 산성 또는 알루미나계 내화물입니다. 반면 폴스테라이트 벽돌은 $\text{MgO}$와 $\text{SiO}_2$로 구성된 염기성 내화물입니다.
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43. 부두아(boudouard) 곡선에서 Carbon Solution 반응을 설명한 것으로 틀린 것은?

  1. CO2 + C → 2CO의반응이다.
  2. 고온부에서 반응속도가 빠르다.
  3. 압력이 낮아지면 반응속도가 느려진다.
  4. Carbon Loss 반응이라고도 한다.
(정답률: 79%)
  • 부두아 반응($\text{CO}_2 + \text{C} \rightarrow 2\text{CO}$)은 탄소가 소모되는 Carbon Loss 반응이며, 고온에서 반응 속도가 빠릅니다. 또한, 반응 결과 기체 분자 수가 증가하므로 르샤틀리에 원리에 의해 압력이 낮아질수록 정반응이 촉진되어 반응 속도가 빨라집니다.

    오답 노트
    압력이 낮아지면 반응속도가 느려진다: 압력이 낮아지면 오히려 반응이 촉진됩니다.
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44. 기체 운동론에 의하여 단원자 분자 이상기체 1몰의 평균 운동에너지 Ek와 PV적(積)사이에 PV=(2/3) Ek의 관계가 성립된다. 임의의 온도 T(K)에서 이상기체 1몰이 갖는 한 방향당 운동에너지는 에너지 등분칙에 의하여 어떠한 값이 되는가?

  1. (3/2)KT
  2. (1/2)KT
  3. (2/3)KT
  4. (1/3)KT
(정답률: 58%)
  • 에너지 등분칙에 따라 기체 분자의 전체 평균 운동에너지는 자유도당 $\frac{1}{2}RT$로 나타납니다. 단원자 분자의 경우 자유도가 3(x, y, z축)이므로, 한 방향당 운동에너지는 전체의 $\frac{1}{3}$이 됩니다.
    ① [기본 공식] $E_{dir} = \frac{1}{3} \times \frac{3}{2}RT$
    ② [숫자 대입] $E_{dir} = \frac{1}{2}RT$
    ③ [최종 결과] $E_{dir} = \frac{1}{2}RT$
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45. Pb의 융점은 1기압에서 325°C이다. 10기압에서의 융점(°C)은 얼마인가? (단, 융점에서의 밀도는 pPb(s)=11.01(g/cm3) pPb(l) = 10.65(g/cm3)이며, 융해 잠열은 5.35cal/g이다.)

  1. 325.1
  2. 315.1
  3. 335.1
  4. 305.1
(정답률: 52%)
  • 압력 변화에 따른 융점 변화는 클라페이론 방정식을 사용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta T = \frac{T \Delta V \Delta P}{L}$
    ② [숫자 대입] $\Delta T = \frac{(325+273.15) \times (\frac{1}{10.65} - \frac{1}{11.01}) \times 10^{6} \times (10-1) \times 101325}{5.35 \times 10} $ (단, $L$은 단위 질량당 잠열)
    ③ [최종 결과] $\Delta T \approx 0.1$
    따라서 융점은 $325 + 0.1 = 325.1^{\circ}C$가 됩니다.
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46. 순수한 물질의 여러 상(고체, 액체, 기체) 사이에 평형이 이루어질 열역학적 조건으로 틀린 것은?

  1. 각 상에서의 속도(V)가 모두 같아야 한다.
  2. 각 상에서의 압력(P)이 모두 같아야 한다.
  3. 각 상에서의 온도(T)가 모두 같아야 한다.
  4. 각 상에서의 물 자유에너지()가 같아야 한다.
(정답률: 82%)
  • 순수한 물질의 여러 상이 평형을 이루기 위해서는 온도, 압력, 그리고 화학 퍼텐셜(물 자유에너지 )이 모든 상에서 동일해야 합니다.

    오답 노트
    각 상에서의 속도가 같아야 한다는 조건은 상평형의 열역학적 조건과 무관합니다.
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47. 라울(Raoult)의 법칙에 따르는 이상용액에서 용질물질 B의 활동도 계수 γB는?

  1. γB > 1
  2. γB < 1
  3. γB = 0
  4. γB = 1
(정답률: 73%)
  • 라울의 법칙을 따르는 이상용액은 용질과 용매 사이의 상호작용이 순수 성분 간의 상호작용과 동일한 가상의 용액입니다. 이상용액에서는 활동도 계수가 항상 1이 되어 활동도가 몰분율과 같아집니다.
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48. 평형상수(Kp)를 사용하여 알아낼 수 있는 열역학적양 중-RTlnKp와 동일한 것은?

  1. △G0
  2. △H0
  3. △S0
  4. △A0
(정답률: 71%)
  • 표준 상태에서의 깁스 자유 에너지 변화 $\Delta G^0$와 평형 상수 $K_p$ 사이의 관계식은 다음과 같습니다.
    $$\Delta G^0 = -RT \ln K_p$$
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49. 이상기체(Cp=2.5R) 1몰이 상태 1(1기압, 298K)에서 상태2(5기압, 400K)로 변할때, 엔트로피 변화(△S)에 관한 설명 중 옳은 것은?

  1. 계의 △S 값은 상태 1에서 상태 2로 변화하는 과정이 가역이든 비가역이든 동일한 값을 가진다.
  2. 계의 △S 값은 상태1 에서 상태 2로 변화하는 과정이 가역일 때가 비가역일 때 보다 더 크다.
  3. 주어진 조건으로 △S 값을 계산할 수 없다.
  4. 계의 △S 값은(+) 값을 가진다.
(정답률: 55%)
  • 엔트로피($S$)는 상태 함수(State Function)입니다. 상태 함수는 경로에 상관없이 처음 상태와 나중 상태가 결정되면 그 변화량($\Delta S$)이 일정하므로, 과정이 가역적이든 비가역적이든 동일한 값을 가집니다.
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50. Gibbs free energy △G의 물리적 의미를 설명하는 표현 중 틀린 것은?

  1. 자연변화의 방향, 즉 불가역의 정도를 나타내는 척도이다.
  2. 등온, 등압변화에 있어서 이용 가능한 최대의 일이다.
  3. 화학반응에서 친화력의 척도가 된다.
  4. 변화의 과정이나 속도를 나타내는 척도이다.
(정답률: 59%)
  • 깁스 자유 에너지 $\Delta G$는 반응의 자발성(방향)과 평형 상태를 결정하는 열역학적 척도이며, 반응이 일어나는 경로(과정)나 반응 속도(kinetics)에 대해서는 정보를 제공하지 않습니다.
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51. 황화광을 제련하는 경우에 이용되는 방법으로 동광의 자융제련(flash smelting)에 사용하는 건식제 련법은?

  1. 산화제련
  2. 휘발제련
  3. 염화제련
  4. 황산화제련
(정답률: 54%)
  • 동광의 자융제련(flash smelting)은 황화광을 산소와 반응시켜 황을 산화시키고 금속 산화물을 얻는 건식제련법의 일종이므로 산화제련에 해당합니다.
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52. 라울형 이상용액의 혼합생성열(△HM,id)값으로 옳은 것은?

  1. △HM,id=0
  2. △HM,id=1
  3. △HM,id < 0
  4. △HM,id > 0
(정답률: 69%)
  • 라울의 법칙을 따르는 이상용액은 성분 분자 간의 상호작용이 동일하다고 가정하므로, 혼합 시 열의 흡수나 방출이 일어나지 않습니다. 따라서 혼합생성열 $\Delta H^{M,id}$는 $0$입니다.
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53. 25°C에서 3mole의 H2(g)와 1mole의 N2(g)를 섞어서 이상기체 혼합물을 생성할 때 △SM(Entropy of mixing)는 약 몇 cal/K인가??

  1. 4.5cal/K
  2. 5.5cal/K
  3. 6.5cal/K
  4. 7.5cal/K
(정답률: 57%)
  • 이상기체 혼합 엔트로피는 각 성분의 몰분율과 총 몰수를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\Delta S^{M} = n_{total} \times R \times (X_{a} \ln X_{a} + X_{b} \ln X_{b})$$
    ② [숫자 대입]
    $$\Delta S^{M} = 4 \times 1.987 \times (0.75 \ln 0.75 + 0.25 \ln 0.25)$$
    ③ [최종 결과]
    $$\Delta S^{M} = 4.5$$
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54. aA + bB ⇄ cC + dD 인 가역반응에서 생성 물 과반응물의 mole수가 같다면 압력평형상수(Kp)와 농도 평형상수(Kc)와의 관계는? (단, A ,B, C, D는 이상기체로 가정한다.)

  1. Kp ≠ Kc
  2. Kp ≥ Kc
  3. kp = Kc
  4. Kp ≤ Kc
(정답률: 81%)
  • 압력 평형상수($K_{p}$)와 농도 평형상수($K_{c}$)의 관계는 기체 분자 수의 변화량($\Delta n$)에 의해 결정됩니다.
    반응물과 생성물의 몰수가 같으면 $\Delta n = 0$이 되어 두 상수는 동일해집니다.
    $$K_{p} = K_{c}(RT)^{\Delta n}$$
    $$\Delta n = (c+d) - (a+b) = 0$$
    $$K_{p} = K_{c}(RT)^{0} = K_{c}$$
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55. 고로의 내화재 품질 요구 조건으로 틀린 것은?

  1. 고온에서 용융 및 휘발하지 않아야 한다.
  2. 열전도도 및 냉각효과는 없어야 한다,
  3. 고온, 고압하에서 상당한 강도를 가져야 한다.
  4. 용선, 용제 및 가스에 대하여 화학적으로 안정해야 한다.
(정답률: 86%)
  • 고로의 내화재는 고온의 열이 외부로 과도하게 빠져나가는 것을 막아 열효율을 높여야 하므로, 열전도도가 낮아야 합니다. 하지만 냉각효과가 아예 없어야 한다는 설명은 틀린 것이며, 적절한 냉각 시스템을 통해 내화재의 수명을 유지하는 것이 중요합니다.
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56. 다음 연소 반응식 중 틀린 것은?

  1. H2+1/2O2→H2O
  2. CH4+2O2→CO2+2H2O
  3. C+O2→CO2
  4. S+O2→SO4
(정답률: 85%)
  • 황(S)의 연소 반응은 산소와 결합하여 이산화황($SO_{2}$)을 생성하는 반응입니다. $S+O_{2} \rightarrow SO_{4}$는 화학 양론적으로 성립하지 않는 잘못된 반응식입니다.
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57. Maxwell 관계식 중 틀린 것은?

(정답률: 73%)
  • Maxwell 관계식은 열역학적 상태 함수들의 편미분 관계를 나타냅니다. 정답인 $(\frac{\partial S}{\partial P})_T = -(\frac{\partial V}{\partial S})_P$ 형태의 식은 잘못된 관계식입니다. 올바른 관계식은 $(\frac{\partial S}{\partial P})_T = -(\frac{\partial V}{\partial T})_P$가 되어야 합니다.
    $(\frac{\partial S}{\partial P})_T = -(\frac{\partial V}{\partial S})_P$
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58. 16.18%(0.1486 몰분율)Zn의 α황동에서 700°C일 때 Zn의 활동도 계수는? (단, 700°C에서 황동내의 Zn 증기압은 1.17mmHg, 순 Zn의 증기압은 60.5mmHg이다.)

  1. 0.0193
  2. 0.130
  3. 0.210
  4. 0.340
(정답률: 58%)
  • 활동도는 성분의 증기압과 순수 성분의 증기압 비율로 정의되며, 활동도 계수는 활동도를 해당 성분의 몰분율로 나눈 값입니다.
    ① [기본 공식] $f = \frac{a}{X} = \frac{P_{Zn}}{P_{Zn}^0} \div X$
    ② [숫자 대입] $f = \frac{1.17}{60.5} \div 0.1486$
    ③ [최종 결과] $f = 0.130$
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59. 1몰의 이상기체가 일정 온도 300K에서 팽창을 할 때 엔탈피 변화(ΔH)값과 내부 에너지변화 (ΔU) 값의 차이인 ΔH-ΔU는?

  1. (+) 값을 갖는다.
  2. (-) 값을 갖는다.
  3. 0 의값을 갖는다.
  4. 구할 수 없다.
(정답률: 59%)
  • 이상기체의 경우 엔탈피 $H$는 오직 온도 $T$만의 함수입니다. 일정 온도($300\text{K}$)에서 팽창이 일어날 때, 온도 변화가 없으므로 엔탈피 변화 $\Delta H$는 $0$이며, 내부 에너지 변화 $\Delta U$ 또한 $0$이 되어 두 값의 차이는 $0$이 됩니다.
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60. 다음 중열 전도율의 단위로 옳은 것은?

  1. kcal/m·h·°C
  2. kcal/h·°C
  3. Kcal/m3·h·°C
  4. kcal/h
(정답률: 83%)
  • 열전도율은 단위 두께의 재료를 통해 단위 시간당 단위 면적을 통과하는 열량이며, 온도 차이에 비례하는 물리량입니다. 따라서 열량(kcal), 길이(m), 시간(h), 온도차(°C)의 단위가 조합된 kcal/m·h·°C가 옳은 단위입니다.
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4과목: 금속가공학

61. 인장축이 슬립면과 수직하거나 슬립면에 평행 할 때 이슬립계에 분해되는 분해전단 응력은?

  1. 0
  2. 30
  3. 45
  4. 60
(정답률: 53%)
  • 분해전단응력 $\tau_{rss}$는 인장축과 슬립면이 이루는 각도 $\phi$에 대해 $\tau_{rss} = \sigma \cos \phi \cos \lambda$의 관계를 가집니다. 인장축이 슬립면과 수직($\phi = 0^{\circ}$)이거나 평행($\phi = 90^{\circ}$)할 경우, 코사인 값에 의해 분해전단응력은 $0$이 됩니다.
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62. 냉간 가공된 금속재료를 재가열 시 일어나는 Polygoni zation은 어느 단계에서 일어나는가?

  1. 과열(over heating)
  2. 결정성장(graingrowth)
  3. 재결정(recrystallization)
  4. 회복(recovery)
(정답률: 59%)
  • 냉간 가공된 재료를 가열하면 회복 $\rightarrow$ 재결정 $\rightarrow$ 결정성장 순으로 진행됩니다. 이 중 회복(recovery) 단계에서 내부 응력이 제거되며 전위들이 재배열되어 작은 다각형 형태의 결정립을 형성하는 Polygonization이 일어납니다.
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63. 판재(sheet)의 프레스성형에서 나타나는 결함 중의 하나인 오렌지필(orangepeel)의 원인이 아닌 것은?

  1. 표면의 결정립이 조대할 때
  2. 표면의 결정립 수가 적을때
  3. 인접결정 간의 큰 방위차 때문에
  4. 루더스대(Ludersband)의 형성 때문에
(정답률: 77%)
  • 오렌지필은 결정립이 조대하거나 수가 적어 인접 결정 간의 방위차가 클 때 표면이 귤껍질처럼 거칠어지는 현상입니다.

    오답 노트
    루더스대(Ludersband): 소성 변형 초기 단계에서 불균일하게 발생하는 띠 모양의 변형으로, 오렌지필과는 발생 기전이 다릅니다.
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64. 다음 중 전탄성계수 G의 관계식으로 옳은 것은? (단, E 는 탄성계수, v는 포아송비이다.)

(정답률: 77%)
  • 전탄성계수 $G$는 탄성계수 $E$와 포아송비 $\nu$의 관계로 정의됩니다.
    $$\text{전탄성계수 공식}$$
    $$G = \frac{E}{2(1 + \nu)}$$
    따라서 정답은 입니다.
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65. 알루미늄과 같이 적층 결함에너지가 클수록 나타나는 현상으로 옳은 것은?

  1. 부분 전위간 거리가 길어지고, 적층결함 폭이 넓어진다.
  2. 부분 전위간 거리가 길어지고, 적층결함 폭이 좁아진다.
  3. 부분 전위간 거리가 짧아지고, 적층결함 폭이 좁아진다.
  4. 부분 전위간 거리가 짧아지고, 적층결함 폭이 넓어진다.
(정답률: 57%)
  • 적층 결함에너지가 클수록 부분 전위 사이의 인력이 강해져 서로 가까이 붙으려는 성질이 강해집니다. 따라서 부분 전위간 거리가 짧아지고, 그 결과 적층결함 폭이 좁아지게 됩니다.
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66. 강의 연성-취성 천이온도를 측정하기 위하여 가장 널리 사용되는 시험법은?

  1. 인장시험
  2. 샤르피 충격시험
  3. 비틀림시험
  4. 굽힘시험
(정답률: 76%)
  • 샤르피 충격시험은 시편에 충격 하중을 가해 흡수 에너지를 측정함으로써, 온도가 낮아짐에 따라 연성에서 취성으로 성질이 변하는 천이온도를 결정하는 대표적인 시험법입니다.
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67. 다음 중 나사나 기어등을 만들 때의 가공법으로 옳은 것은?

  1. 단조
  2. 전조
  3. 압출
  4. 인발
(정답률: 83%)
  • 전조는 소재를 다이(Die) 사이에 넣고 강한 압력을 가해 소성 변형시켜 나사나 기어의 형상을 만드는 냉간 가공법입니다.
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68. 면심입방격자(FCC)의 슬립면과 슬립방향을 바르게 나타낸 것은?

  1. (110)[111]
  2. (111)[110]
  3. (001)[110]
  4. (110)[101]
(정답률: 75%)
  • 면심입방격자(FCC) 구조에서 슬립은 원자가 가장 조밀하게 배열된 면과 방향에서 일어납니다. 따라서 가장 조밀한 면인 (111)면과 가장 조밀한 방향인 [110]방향의 조합이 정답입니다.
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69. 다음 중 압하율을 크게 하는 조건으로 틀린 것은?

  1. 지름이 큰 롤을 사용한다.
  2. 압연 온도를 높여준다.
  3. 롤 회전속도를 빠르게 한다
  4. 압연재를 뒤에서 밀어준다.
(정답률: 83%)
  • 압하율은 롤과 소재 사이의 마찰력과 변형 저항에 영향을 받습니다. 롤 회전속도를 빠르게 하면 소재의 유입 속도가 빨라져 오히려 압하율을 높이는 데 불리하게 작용합니다.

    오답 노트
    지름이 큰 롤 사용: 접촉 면적 증가로 마찰력 상승
    압연 온도 상승: 소재의 변형 저항 감소
    뒤에서 밀어줌: 전방 압력 증가로 유입 용이
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70. 금속결정 내에 전위밀도가 1011cm/cm3인경우이금속을 10-3/초의 전단 변형 속도로써 변형을 가했을 때 평균 전위 속도는 얼마인가? (단, 이때 Burgersvector는 10-8cm이다.)

  1. 10-3cm/sec
  2. 10-6cm/sec
  3. 103cm/sec
  4. 106cm/sec
(정답률: 70%)
  • 전단 변형 속도는 전위 밀도, 버거스 벡터, 그리고 평균 전위 속도의 곱으로 표현됩니다. 이를 통해 평균 전위 속도를 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $v = \frac{\dot{\gamma}}{\rho b}$
    ② [숫자 대입] $v = \frac{10^{-3}}{10^{11} \times 10^{-8}}$
    ③ [최종 결과] $v = 10^{-6}$ cm/sec
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71. Griffith가 제안한 파괴 원리는 어떠한 재료에 적용 되는가?

  1. 완전 탄성체
  2. 완전 소성체
  3. 점성을 갖는고체
  4. 탄성과 소성을 공유하는 고체
(정답률: 68%)
  • Griffith의 파괴 이론은 재료가 소성 변형을 일으키지 않는 취성 재료, 즉 완전 탄성체에서 균열이 전파되는 에너지 평형 상태를 분석하여 제안된 원리입니다.
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72. 다음 중 부품 등에 상호작용을 하여 파괴조건을 제어하는 인자가 아닌 것은?

  1. 파괴인성
  2. 설계응력
  3. 탄성계수
  4. 균열크기
(정답률: 65%)
  • 파괴 조건은 재료의 저항 성질인 파괴인성, 외부에서 가해지는 설계응력, 그리고 결함의 정도인 균열크기의 상호작용으로 결정됩니다. 탄성계수는 재료의 강성(stiffness)을 나타내는 지표일 뿐, 파괴의 임계 조건을 직접적으로 제어하는 인자는 아닙니다.
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73. 크리프 강도가 높은 재료가 갖추어야 할 재료 물성 또는 미세조직적 요건 중 틀린 것은?

  1. 조대한 결정립
  2. 높은 융점
  3. 높은 격자저항
  4. 빠른 확산 속도
(정답률: 65%)
  • 크리프는 고온에서 시간이 경과함에 따라 변형이 일어나는 현상으로, 원자 확산이 활발할수록 크리프 변형이 빠르게 일어납니다. 따라서 크리프 강도를 높이려면 확산 속도가 느려야 합니다.

    오답 노트
    조대한 결정립: 결정립계 슬라이딩을 억제하여 강도 향상
    높은 융점: 고온 안정성 확보
    높은 격자저항: 전위 이동을 방해하여 변형 억제
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74. σ11=450MPa, σ22=450MPa, σ33=0, σ12=150MPa 이용하여 구한 최대 전단응력의 일 때, Mohr 원을값은 몇 MPa인가?

  1. 50
  2. 150
  3. 200
  4. 450
(정답률: 68%)
  • 모어 원(Mohr's circle)에서 최대 전단응력은 원의 반지름에 해당하며, 주응력의 차이의 절반 또는 주어진 응력 상태의 반지름 공식으로 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $\tau_{max} = \sqrt{(\frac{\sigma_{11} - \sigma_{22}}{2})^2 + \sigma_{12}^2}$
    ② [숫자 대입] $\tau_{max} = \sqrt{(\frac{450 - 450}{2})^2 + 150^2}$
    ③ [최종 결과] $\tau_{max} = 150$
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75. 구리와 알루미늄을 인장하였을 때 구리의 가공경화 정도가 알루미늄의 가공경화 정도보다 더 큰 이유를 설명한 것 중 가장 적절 한것은?

  1. 구리는 BCC이고, 알루미늄은 FCC 이기 때문이다.
  2. 구리의 적층결함에너지는 알루미늄의 경우에 비하여 더 적기 때문이다.
  3. 구리의 경우가 알루미늄의 경우에 비하여 융점이 낮기 때문이다.
  4. 구리의 경우가 알루미늄의 경우에 비해 도전율이 낮기 때문이다.
(정답률: 80%)
  • 가공경화 정도는 적층결함에너지(Stacking Fault Energy)와 밀접한 관련이 있습니다. 구리는 알루미늄보다 적층결함에너지가 낮아 전위의 교차 슬립이 어렵고 전위 밀도가 빠르게 증가하므로 가공경화가 더 크게 일어납니다.
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76. 균질변형에서 경계마찰계수(m)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 완전 미끄러짐은 0(Zero)이다.
  2. 부착인 경우는1이다.
  3. m은 전단항복응력계/면전단강도 으로 표현된다.
  4. m은 계면전단강도/전단항복응력계으로표현된다
(정답률: 71%)
  • 경계마찰계수 $m$은 계면전단강도를 재료의 전단항복응력으로 나눈 값으로 정의됩니다.

    오답 노트
    전단항복응력계/면전단강도: 분자와 분모가 뒤바뀐 잘못된 정의임
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77. 다음 중 피로에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 허용응력 이하의 응력을 반복적으로 받을 때 재료가 파괴되는 현상을 말한다.
  2. 반복응력이 작용하여도 재료가 피로 파단되지 않을때의 응력 중 최대값을 피로한도 라고한다.
  3. 피로한도는 냉간가공, 쇼트피이닝 등으로 증가시킬 수 있다.
  4. S-N 곡선은 충격과 피로 사이클 관계를 나타낸다.
(정답률: 62%)
  • S-N 곡선은 응력 진폭(Stress amplitude, S)과 파단까지의 반복 횟수(Number of cycles, N) 사이의 관계를 나타내는 곡선입니다.

    오답 노트
    충격과 피로 사이클 관계: S-N 곡선은 충격이 아니라 응력 진폭과 반복 횟수의 관계임
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78. 풀림한 저탄소강의 소성거동은 σ=650ε0.2MPa로 나타났다면 만일 이금속을 처음 단면수축율 20%, 냉간가공 후 다시 30% 냉간가공 하였다면 이러한 가공을 받는 금속의 항복강도는 약 얼마인가? (단, 으로 계산한다.)

  1. 383MPa
  2. 483MPa
  3. 583MPa
  4. 683MPa
(정답률: 46%)
  • 냉간가공에 의한 진변형률의 합을 구한 뒤, 가공경화 식에 대입하여 항복강도를 산출합니다.
    ① [기본 공식] $\epsilon = \ln \frac{1}{1-r}$ $$\sigma = K\epsilon^n$$
    ② [숫자 대입] $\epsilon = \ln \frac{1}{1-0.2} + \ln \frac{1}{1-0.3} = 0.223 + 0.357 = 0.580$ $$\sigma = 650 \times 0.580^{0.2}$$
    ③ [최종 결과] $\sigma = 583$ MPa
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79. 전위(dislocation)들의 모양을 직접 관찰할 수 있는 분석장비는?

  1. 광학현미경
  2. 투과전자현미경
  3. 초음파 탐상기
  4. 전기 저항 측정장치
(정답률: 84%)
  • 전위(dislocation)는 결정 내의 선결함으로, 매우 미세한 구조이기 때문에 고배율과 고분해능을 가진 투과전자현미경(TEM)을 통해 직접 관찰할 수 있습니다.
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80. 다음 중 Tresca 항복조건을 옳게 나타낸 것은? (단, σ1=최대 주응력, σ3=최소 주응력, σ0=1측 인장 항복응력, k =전단항복응력)

  1. σ1-σ3=σ0
  2. σ3-σ1=σ0
  3. σ1-σ3=3k
  4. σ3-σ1=5k
(정답률: 69%)
  • Tresca 항복 조건은 최대 전단 응력이 항복 전단 응력에 도달할 때 항복이 일어난다는 이론으로, 주응력의 차이가 인장 항복 응력과 같을 때를 기준으로 합니다.
    ① [기본 공식] $\sigma_{1} - \sigma_{3} = \sigma_{0}$
    ② [숫자 대입] (해당 없음)
    ③ [최종 결과] $\sigma_{1} - \sigma_{3} = \sigma_{0}$
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5과목: 표면공학

81. Al을 아노다이징 한 후의 착색처리 방법 중 일광에 퇴색하지 않고 견고하여 건축자재 등에 많이 사용되는 방법은?

  1. 무기염료 착색법
  2. 유기염료 착색법
  3. 자연 발색법
  4. 유성염료 착색법
(정답률: 66%)
  • 자연 발색법은 아노다이징 후 금속 산화막의 두께를 조절하여 빛의 간섭 현상을 이용해 색을 내는 방법으로, 유기/무기 염료와 달리 일광에 의한 퇴색이 없고 견고하여 건축자재에 주로 사용됩니다.
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82. 파커라이징에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 내식성을 지니는 피막을 형성하는 기술이다.
  2. 촉매의 무전해 도금이다.
  3. 화성처리에 속한다.
  4. 인산염 피막처리이다.
(정답률: 60%)
  • 파커라이징은 금속 표면에 인산염 피막을 형성하여 내식성을 높이는 대표적인 화성처리 기술입니다.

    오답 노트
    촉매의 무전해 도금: 파커라이징은 화학적 반응을 이용한 피막 형성 과정이며, 금속을 전해 없이 석출시키는 무전해 도금과는 원리가 완전히 다릅니다.
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83. 글로우방전(glow discharging)을 이용하여 강중에 질소를 침입, 확산시키는 표면경화법은?

  1. 터프라이드법
  2. 산질화법
  3. 고주파열처리법
  4. 이온질화법
(정답률: 67%)
  • 글로우 방전(glow discharge)을 통해 질소 이온을 강재 표면에 가속시켜 침입 및 확산시키는 표면경화법은 이온질화법의 핵심 원리입니다.
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84. 황동합금의 도금에서 금속 석출에 의한 도금방법의 설명으로 틀린 것은?

  1. 유리 NaCN을 증가시키면 석출 중의 구리분이 많아 진다.
  2. 도금액 중에 NaOH를 가하면 석출 중의 구리는 감소한다.
  3. 도금액을 교반하는 정도가 클수록 구리 금속 성분함량이 많은 합금이 도금이 된다.
  4. 음극의 전류밀도를 증가시킬수록 아연 금속 성분함량이 많은 합금의 도금이 된다.
(정답률: 51%)
  • 황동 도금 시 유리 $\text{NaCN}$ 농도가 증가하면 구리의 착이온 형성이 촉진되어 구리의 석출 경향이 감소하고, 상대적으로 아연의 석출량이 증가하게 됩니다. 따라서 유리 $\text{NaCN}$을 증가시키면 구리분이 많아진다는 설명은 틀린 것입니다.
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85. 구조용 합금강, 고망간강 ,고니켈강 등에서 융강 중의 수소 가스로 인하여 강의 파단면에 원형 또는 타원형으로 생기는 것으로 열처리 후 균열의 원인이 되는 것은?

  1. 편석
  2. 수축공
  3. 백점
  4. 비금속개재물
(정답률: 75%)
  • 강의 융강 중 포함된 수소 가스가 응집되어 파단면에 원형 또는 타원형의 흰색 반점으로 나타나는 결함을 백점(White spot)이라고 하며, 이는 열처리 시 균열을 유발하는 주요 원인이 됩니다.
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86. 알루미늄을 양극으로 하여 일정한 전해액에서 적정 조건으로 분극시킬 경우 양극산화 피막이 생성된다. 공업적으로 쓰이고 있는 양극산화 피막의 전해질로 적당하지 않은 것은?

  1. 황산(H2SO4)
  2. 수산(C2H2O4)
  3. 크롬산(CrO3)
  4. 염화칼륨(KCl)
(정답률: 76%)
  • 알루미늄 양극산화(Anodizing) 피막 형성에는 주로 산성 전해질인 황산($H_{2}SO_{4}$), 수산($C_{2}H_{2}O_{4}$), 크롬산($CrO_{3}$) 등이 사용됩니다. 반면 염화칼륨($KCl$)은 전해질로서 적당하지 않습니다.
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87. 다음 중 용체화처리에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 초합금강에서는 내열성을 개량하는데 목적이 있다.
  2. 불수강에서는 내식성을 향상시키는 목적이 있다.
  3. 탄화물 및 기타의 화합물을 페라이트중에 고용시킨 후 공기중에서 서냉시킨다.
  4. 해드필드강(hadfield)에서는 강의 인성 및 내마모성을 유지하기 위해 사용한다.
(정답률: 69%)
  • 용체화처리는 합금 원소를 고온에서 완전히 고용시킨 후, 이를 상온에서 빠르게 냉각시켜 고용 상태를 유지하는 열처리법입니다.

    오답 노트
    공기 중에서 서냉시킨다: 고용 상태를 유지하기 위해서는 서냉이 아닌 급냉(Quenching)을 해야 합니다.
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88. 다음 중 화학적 기상도금(CVD)법으로 제조하는 박막으로 볼 수 없는 것은?

  1. Si3N4
  2. SiO2
  3. MoSi2
  4. FeO2
(정답률: 62%)
  • CVD(화학적 기상 증착)는 화학 반응을 통해 박막을 형성하는 공정으로 $Si_{3}N_{4}$, $SiO_{2}$ 등이 대표적입니다. $MoSi_{2}$는 주로 PVD 공정을 통해 제조되는 특성이 강해 CVD법으로 제조하는 박막으로 보기 어렵습니다.
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89. PVD에서 진공 증착층 미세구조의 변수가 아닌 것은?

  1. 핵생성률과 성장률
  2. 기판의 성질
  3. 기체흐름의 입사각
  4. 분위기 가스의 압력과 특성
(정답률: 63%)
  • PVD(물리 기상 증착)에서 박막의 미세구조를 결정하는 주요 변수는 기판의 성질, 분위기 가스의 압력과 특성, 그리고 기체 흐름의 입사각 등 외부 공정 조건입니다. 핵생성률과 성장률은 이러한 변수들에 의해 결정되는 결과적인 현상이지, 제어하는 독립 변수로 보지 않습니다.
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90. 다음 중 탈탄에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 탈탄은 산화성 분위기나 용융염 중의 슬래그 등에 의해서 발생된다.
  2. 염욕처리시 탈탄을 방지하려면 수분이 함유되지 않도록 한다.
  3. 중성분 위기에서 염욕열처리를 하면 탈탄을 방지할 수 있다.
  4. 탈탄된 강재를 급냉 경화하면 담금질 경도가 증가한다.
(정답률: 60%)
  • 탈탄은 강재 표면의 탄소가 빠져나가는 현상입니다. 탄소 함량이 감소하면 경화능이 떨어지므로, 탈탄된 강재를 급냉 경화하면 표면의 담금질 경도가 감소하게 됩니다.
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91. 양극산화(Anodizing)법으로 생성된 알루미늄 산화 피막의 특성 중 틀린 것은?

  1. 피막은 다공질이다.
  2. 보호성이 산화피막을 형성한다.
  3. 산화알루미늄은 도체이다.
  4. 부동태 피막을 얻을 수 있다.
(정답률: 64%)
  • 양극산화법으로 형성된 산화알루미늄($Al_2O_3$) 피막은 전기 저항이 매우 높은 절연체(부도체)입니다. 따라서 도체라는 설명은 틀렸습니다.
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92. 주사전자현미경에 의한 시료 관찰시 표면이 대전되면 주사전자선이 불균일하게 편향되므로 이상 콘트라스트를 발생시킨다. 이것을 방지하기 위하여 시료표면에 금속을 피복하여 관찰하는데 피복용 물질로 적합하지 않은 것은?

  1. Pt
  2. Au
  3. Li
  4. Cr
(정답률: 81%)
  • SEM 관찰 시 시료의 대전 현상을 막기 위해 전도성이 좋은 금속으로 코팅해야 합니다. 리튬(Li)은 반응성이 매우 크고 산화가 빨라 코팅 물질로 적합하지 않습니다.
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93. 용융아연도금에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 철은 아연보다 이온화 경향이 크기 때문에 아연이 먼저 소모되는 동안 철이 보호를 받는다.
  2. 아연은 공기중에서 부식 속도가 매우 느리다.
  3. 수용액 중에 염화물이 있으면 보호피막이 형성되지 않는다.
  4. 산성이나 알칼리수 용액에서 부식된다.
(정답률: 73%)
  • 용융아연도금은 아연이 철보다 이온화 경향이 크기 때문에, 아연이 철 대신 먼저 부식(희생양극 보호)되어 철을 보호하는 원리입니다. 따라서 철이 아연보다 이온화 경향이 크다는 설명은 잘못되었습니다.
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94. 담금질 작업시 임계 구역과 위험 구역에서의 냉각방법은?

  1. 임계구역에서는 천천히 냉각하고, 위험구역에서는 빨리 냉각한다.
  2. 임계구역에서는 빨리 냉각하고, 위험구역에서는 천천히 냉각한다.
  3. 임계구역과 위험구역에서 모두 빨리 냉각한다.
  4. 임계구역과 위험구역에서 모두 천천히 냉각한다.
(정답률: 77%)
  • 담금질 시 변태가 일어나는 임계구역에서는 펄라이트의 생성 등을 억제하기 위해 빠르게 냉각해야 하며, 변태 완료 후의 위험구역에서는 냉각 속도 차이에 의한 열응력과 변형을 줄이기 위해 천천히 냉각하는 것이 원칙입니다.
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95. 전자현미경의 분해능은 프로브의 크기에 의하여 영향을 받는다. 프로브의 크기는 전자선의 회절효과와 렌즈의 수차에 따라서 결정되는데, 전자광학계의 결함에 의해서 발생되는 렌즈수차가 아닌 것은?

  1. 초점수차(focusaberration)
  2. 구면수차(sphericalaberration)
  3. 색수차(chromaticaberration)
  4. 비점수차(astigmatism)
(정답률: 59%)
  • 전자광학계의 렌즈수차는 렌즈 자체의 결함으로 인해 발생하는 구면수차, 색수차, 비점수차 등이 있으며, 초점수차는 렌즈의 결함이 아니라 초점 위치가 맞지 않아 발생하는 현상입니다.
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96. 다음 중 화학적 기상도금(CVD)의 반응형식에 속하지 않는 것은?

  1. 열분해
  2. 이온도금
  3. 수소환원
  4. 반응증착
(정답률: 56%)
  • CVD는 열분해, 수소환원, 반응증착 등의 화학 반응을 통해 증착이 이루어지는 방식입니다.

    오답 노트
    이온도금: 물리적 기상증착법(PVD)에 해당함
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97. 화학적 기상도금(CVD)법의 특징으로 틀린 것은?

  1. 처리 온도가 1000°C 정도로 높다.
  2. 파이프의 내면 미립자에는 피복이 불가능하다.
  3. 두꺼운 피복도 가능하며, 여러 성분의 피복도 가능하다.
  4. 형성된 피막의 모재와 확산 또는 반응을 일으켜 밀착성이 매우 좋다.
(정답률: 79%)
  • 화학적 기상도금(CVD)은 가스 상태의 원료를 반응시켜 피막을 형성하므로, 복잡한 형상의 파이프 내면이나 미세한 입자 표면에도 균일하게 피복이 가능하다는 것이 핵심 특징입니다.
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98. 강재의 진공열처리는 보통 중진공 정도에서 실시 한다. 이에 해당되는 10-3torr를 SI 단위 인파스칼(Pa)로 환산하면 얼마 정도인가? (단, 1기압은 1.01x105Pa이다.)

  1. 0.0101
  2. 0.1330
  3. 1.010
  4. 1.330
(정답률: 64%)
  • 압력 단위인 torr를 파스칼($Pa$)로 환산하는 문제입니다. $1\text{ atm} = 760\text{ torr} = 1.01 \times 10^{5}\text{ Pa}$ 관계를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $P = V \times \frac{1.01 \times 10^{5}}{760}$
    ② [숫자 대입] $P = 10^{-3} \times \frac{1.01 \times 10^{5}}{760}$
    ③ [최종 결과] $P = 0.1330$
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99. 착염욕에 대한 특징을 설명한 것 중 틀린 것은?

  1. 단순염욕에 비하여 균일 전착성이 우수하다.
  2. 착염욕은 레벨링이 좋은 전착물을 얻기는 힘들다
  3. 단순염욕보다 높은 과전압 하에서 이루어지기 때문에 석출물이 미립자이며, 밀도가 높다.
  4. 단순염욕에서 가능했던 합금도 금이 착염욕에서는 불가능하다.
(정답률: 75%)
  • 착염욕은 금속 이온이 착이온 형태로 존재하여 석출 속도를 조절함으로써 단순염욕보다 전착 특성을 개선한 방법입니다.
    착염욕을 사용하면 단순염욕에서 불가능했던 합금 도금이나 특수 도금이 가능해지며, 전착물의 품질을 높일 수 있습니다.
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100. 건식도금에서 사용하는 증발원에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 고체증발원은 가열에 의해 기화시켜 사용한다.
  2. 액상의 증발원은 물을 많이 이용하며 수증기 상태로 만들어 사용한다.
  3. 기체 증발원은 봄베를 통해 직접 연결하여 사용하기도 한다.
  4. 증발원은 고상, 액상, 기상의 3가지가 있다.
(정답률: 80%)
  • 건식도금의 액상 증발원은 도금하고자 하는 금속 재료를 용융 상태로 만들어 사용하며, 물을 이용해 수증기 상태로 만드는 것이 아닙니다.
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