금속재료기사 필기 기출문제복원 (2012-05-20)

금속재료기사 2012-05-20 필기 기출문제 해설

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금속재료기사
(2012-05-20 기출문제)

목록

1과목: 금속조직학

1. 다음 중 금속재료를 냉간가공한 후 어닐링 처리를 행 할때 일어나는 회복과정에 관련된 내용이 아닌 것은?

  1. 경도의 감소
  2. 전위밀도의 감소
  3. 전기전도도의 증가
  4. 결정립 형상의 변화
(정답률: 79%)
  • 회복(Recovery) 단계는 냉간가공으로 인해 쌓인 내부 응력이 제거되는 과정으로, 결정립의 모양은 변하지 않고 내부의 전위 밀도만 감소하는 단계입니다.

    오답 노트
    결정립 형상의 변화: 이는 회복 이후 단계인 재결정(Recrystallization) 과정에서 일어나는 현상입니다.
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2. Fe-C 평형상태도에서 나타날 수 있는 반응이 아닌 것은?

  1. 공정반응
  2. 포정반응
  3. 재융반응
  4. 공석반응
(정답률: 94%)
  • Fe-C 평형상태도에서는 액상과 고상, 또는 고상과 고상 간의 변태인 공정반응, 포정반응, 공석반응이 나타납니다. 하지만 액상이 고체와 반응하여 다른 고체와 액상이 되는 재융반응은 Fe-C 상태도에서 나타나지 않습니다.
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3. 금속의 강화기구 중 저온과 고온에서 모두 유용한 강화 방법은?

  1. 가공강화
  2. 석출강화
  3. 고용체 강화
  4. 마텐자이트 강화
(정답률: 71%)
  • 고용체 강화는 용질 원자가 용매 원자의 격자 속에 들어가 격자 왜곡을 일으켜 전위의 이동을 방해하는 원리입니다. 이는 온도 변화에 따른 영향이 상대적으로 적어 저온과 고온 모두에서 유효한 강화 방법입니다.
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4. 면심입방격자에서 격자상수를 a 라할 때 원자반경(r)을 구하는식으로 옳은 것은?

  2. r=√2×a
(정답률: 72%)
  • 면심입방격자(FCC)에서는 정육면체의 면 대각선 방향으로 원자들이 서로 접하고 있습니다. 면 대각선의 길이는 $\sqrt{2}a$이며, 이는 원자 반경의 4배($4r$)와 같으므로 $4r = \sqrt{2}a$ 관계가 성립합니다. 따라서 원자 반경 $r$은 가 됩니다.
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5. 다음 조직중 연성이 가장 좋은 것은?

  1. 마텐자이트
  2. 페라이트
  3. 펄라이트
  4. 베이나이트
(정답률: 87%)
  • 페라이트는 순철에 가까운 조직으로, 강도는 낮지만 연성과 전성이 매우 뛰어난 조직입니다.

    오답 노트
    마텐자이트: 매우 단단하고 취성이 강함
    펄라이트/베이나이트: 페라이트보다 강도는 높으나 연성은 낮음
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6. 다음 중 과공석강을 서냉할 때 얻어지는 조직은?

  1. 페라이트
  2. 마텐자이트
  3. 초석페라이트+펄라이트
  4. 초석시멘타이트+펄라이트
(정답률: 82%)
  • 과공석강(탄소 함량 0.76% 초과)을 서냉하면, 공석 온도 이상에서 먼저 시멘타이트가 석출되는 초석시멘타이트가 형성되고, 이후 남은 오스테나이트가 펄라이트로 변태하여 최종적으로 초석시멘타이트와 펄라이트 조직이 나타납니다.
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7. 순철의 A3 동소변태 온도는 약 몇도(℃)인가?

  1. 210
  2. 723
  3. 910
  4. 1536
(정답률: 91%)
  • 순철의 상태도에서 페라이트($\alpha$)가 오스테나이트($\gamma$)로 변하는 $A_{3}$ 변태 온도는 약 $910^{\circ}\text{C}$입니다.
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8. FCC 금속에서 쇼클리 부분전위가 생성되면 어떤 결정구조로 바뀔 수 있는가?

  1. BCC
  2. BCT
  3. FCT
  4. HCP
(정답률: 78%)
  • FCC 구조에서 쇼클리 부분전위(Shockley partial dislocation)가 적층 결함(stacking fault)을 생성하며 이동하면, 원자 적층 순서가 변경되어 HCP 구조로 변할 수 있습니다.
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9. 원자 배열이 어느 축을 경계로 전혀 반대의 배열을 갖는 것을 무엇이라 하는가?

  1. 역위상
  2. 결정립계
  3. 단범위규칙도
  4. 장범위규칙도
(정답률: 93%)
  • 결정 구조 내에서 원자 배열이 특정 축이나 평면을 경계로 서로 반대 방향의 배열을 갖는 구조적 결함을 역위상이라고 합니다.
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10. 공석강을 오스테나이트화(Austenitezation)한 다음 급냉하여 마텐자이트조직을 얻었을 때 치수 변화는?

  1. 감소한다.
  2. 증가한다.
  3. 일정하지 않다
  4. 변화하지 않는다.
(정답률: 82%)
  • 오스테나이트(FCC 구조)가 마텐자이트(BCT 구조)로 변태할 때, 원자 배열의 변화로 인해 격자 부피가 팽창하게 됩니다.
    이러한 부피 팽창으로 인해 전체적인 치수는 증가하게 됩니다.
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11. Bravais 결정계 중 정방정계(tetragonal)의 격자 상수와 축각을 옳게 나타낸 것은?

  1. 격자상수 a=b≠c, 축각 α=β=γ=90°
  2. 격자상수 a=b=c, 축각 α=β=γ≠90°
  3. 격자상수 a≠b≠c, 축각 α=β=90°, γ≠90°
  4. 격자상수 a=b≠c, 축각 α=β=90°, γ=120°
(정답률: 82%)
  • 정방정계(tetragonal)는 밑면은 정사각형이고 높이가 다른 직육면체 형태의 결정계입니다.
    따라서 격자 상수는 $a=b \neq c$이며, 모든 축각은 $90^{\circ}$인 $\alpha=\beta=\gamma=90^{\circ}$가 성립합니다.
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12. 가공변형이 전혀 없는 상태 즉 완전어닐링 상태에서 금속결정 내의 전위 밀도는 약 얼마인가?

  1. 103∼105개/cm2
  2. 106~108개/cm2
  3. 109∼1011개/cm2
  4. 1012∼1014개/cm2
(정답률: 83%)
  • 완전 어닐링 상태의 금속은 가공 변형이 없어 전위 밀도가 매우 낮은 상태입니다. 일반적으로 이 때의 전위 밀도는 $10^{6} \sim 10^{8} \text{개/cm}^{2}$ 수준으로 유지됩니다.
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13. 다음 그림에서 P 조성 합금중의 B성분의 양은?

(정답률: 89%)
  • 삼각 조성도에서 특정 성분의 함량은 해당 성분의 정점(Vertex)에서 마주 보는 변(Base)에 수직인 방향의 거리로 결정됩니다. 점 P에서 B 성분의 함량을 읽기 위해서는 B 정점에서 마주 보는 AC 변 방향의 비율을 확인해야 하며, 이에 해당하는 값은 입니다.
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14. 고온의 불규칙 상태의 고용체를 천천히 냉각하면 어느 온도에서 규칙격자가 형성되기 시작하는 이온도의 명칭은?

  1. 규칙온도
  2. 불규칙온도
  3. 천이온도
  4. 변형온도
(정답률: 88%)
  • 고온의 불규칙 고용체가 냉각되면서 특정 온도에서 원자들이 규칙적인 배열을 갖추기 시작하는 상전이 온도를 천이온도라고 합니다.
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15. 비정질(amorphous)이란 원자가 규칙적으로 배열하지 않은 상태를 말하는데 비정질이 아닌 것은?

  1. 유리금속
  2. 무정형
  3. 비결정
  4. 규칙계
(정답률: 91%)
  • 비정질(amorphous)은 원자 배열에 규칙성이 없는 상태를 의미하며, 유리금속, 무정형, 비결정 모두 같은 의미로 사용됩니다. 반면 규칙계는 원자가 일정한 규칙을 가지고 배열된 결정 상태를 의미하므로 비정질이 아닙니다.
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16. 일반적으로 재료내부에는 재료의 특성과 주어진 조건(온도,압력등)에 따르는 평형결함 농도가 존재한다. 평형결함 농도이상의 결함이 존재할 때 관찰되는 현상이 아닌 것은?

  1. 전기저항의 증가
  2. 탄성계수의 증가
  3. 열전도도의 감소
  4. 기계적 성질의 향상
(정답률: 73%)
  • 재료 내부에 평형 농도 이상의 결함이 존재하면 원자 배열의 불규칙성이 증가하여 전기저항이 증가하고, 열전달을 방해하여 열전도도가 감소하며, 전위의 이동을 방해하여 기계적 성질(강도 등)이 향상됩니다. 하지만 탄성계수는 원자 간 결합력에 의해 결정되는 고유 성질이므로 결함 농도 증가에 따라 증가하지 않습니다.
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17. 금속용액을 냉각할 때 나타나는 입내편석에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 입내편석을 예방하려면 아주 천천히 냉각해야 한다.
  2. 확산현상이 없이 급냉되면 입내편석은 많이 발생한다.
  3. 융액은 온도강하에 따라 응고하면서 고체 결정의 농도차가 발생되어 입내편석이 일어난다.
  4. 최초 결정핵과 최종 응고부의 농도차이가 크면 동일 결정립내라도 입내편석이 일어나지 않는다.
(정답률: 83%)
  • 입내편석은 응고 과정에서 결정립 내부의 농도 차이로 인해 발생합니다. 최초 결정핵과 최종 응고부의 농도 차이가 클수록 동일 결정립 내에서도 농도 구배가 심해져 입내편석이 더 뚜렷하게 일어납니다.
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18. 다음의 밀러지수 중 면간 거리가 가장 가까운 것은?

  1. (010)
  2. (120)
  3. (220)
  4. (130)
(정답률: 84%)
  • 입방 결정계에서 면간 거리 $d$는 밀러지수 $h, k, l$의 제곱 합에 반비례합니다. 즉, 밀러지수의 제곱 합이 클수록 면간 거리는 가장 짧아집니다(가까워집니다).
    ① [기본 공식]
    $$d = \frac{a}{\sqrt{h^{2} + k^{2} + l^{2}}}$$
    ② [숫자 대입]
    각 보기의 $h^{2} + k^{2} + l^{2}$ 값을 비교하면 (130)의 경우 $1^{2} + 3^{2} + 0^{2} = 10$으로 가장 큽니다.
    ③ [최종 결과]
    $$d_{(130)} \text{ 이 가장 작음}$$
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19. 순금속을 용융상태에서 냉각하면 융점온도에서 일정시간 동안 시간이 지나도 온도가 변화되지 않는 수평 상태를 유지하다가 다시 시간에 따라 온도가 감소한다. Gibbs의 상률을 이용하면 융점 수평구간에서의 자유도(F)는 얼마인가?

  1. 0
  2. 1
  3. 2
  4. 3
(정답률: 85%)
  • Gibbs의 상률 공식을 사용하여 융점 수평구간의 자유도를 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$F = C - P + 2$$
    ② [숫자 대입]
    순금속이므로 성분 수 $C = 1$, 융점 수평구간에서는 액상과 고상이 공존하므로 상의 수 $P = 2$, 압력은 일정하므로 변수 하나를 제외하여 $2-1=1$을 적용합니다.
    $$F = 1 - 2 + 1$$
    ③ [최종 결과]
    $$F = 0$$
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20. 다음 원소 중 강에서 침입형 원자가 될 수 있는 것은?

  1. Ni
  2. B
  3. Cr
  4. Al
(정답률: 81%)
  • 침입형 원자는 모금속의 결정 격자 사이 빈 공간에 들어갈 수 있을 만큼 원자 반지름이 매우 작은 원소를 말합니다. B(붕소)는 원자 크기가 매우 작아 강(Steel)의 격자 간극에 들어갈 수 있는 대표적인 침입형 원소입니다.

    오답 노트
    Ni, Cr, Al: 원자 크기가 커서 기존 원자를 대체하는 치환형 원소로 작용함
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2과목: 금속재료학

21. Fe-C상태도에서 탄소 함유량이 0.6%인 아공석강의 A1변태점직상에서 초석 페라이트의 양은 약 몇%인가? (단, α의 탄소함량은 0.025%이며, 공석점에서의 탄소함량은 0.8%이다.)

  1. 26
  2. 36
  3. 46
  4. 56
(정답률: 73%)
  • 레버 룰(Lever Rule)을 이용하여 $A_1$ 변태점 직상에서의 초석 페라이트 분율을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\text{초석 페라이트 양}(\%) = \frac{C_0 - C_{eutectoid}}{C_{\alpha} - C_{eutectoid}} \times 100$
    ② [숫자 대입] $\text{초석 페라이트 양}(\%) = \frac{0.8 - 0.6}{0.8 - 0.025} \times 100$
    ③ [최종 결과] $\text{초석 페라이트 양} = 25.6 \approx 26$
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22. 절삭성을 높이기 위한 쾌삭 황동(hard brass)은 황동에 어떤 원소를 1.0~3.5% 정도 첨가시킨 합금인가?

  1. P
  2. Si
  3. Sb
  4. Pb
(정답률: 74%)
  • 쾌삭 황동은 절삭 가공성을 높이기 위해 납(Pb)을 $1.0\sim 3.5\%$ 정도 첨가한 합금입니다. 납은 칩을 잘게 부수는 역할을 하여 가공 효율을 높여줍니다.
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23. Cu에 Ni을 40~50%정도 첨가한 것으로서 열전쌍(thermocouple)으로 사용되는 재료는?

  1. 니크롬(Nichrome)
  2. 인코넬(Inconel)
  3. 콘스탄탄(Constantan)
  4. 모넬 메탈(Monel metal)
(정답률: 76%)
  • 콘스탄탄(Constantan)은 구리(Cu)에 니켈(Ni)을 $40\sim 50\%$ 정도 첨가한 합금으로, 온도 변화에 따른 전기저항 변화가 매우 작아 열전쌍(thermocouple) 재료로 널리 사용됩니다.
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24. 기계구조용 강에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 마레이징(Maraging) 강은 극저탄소 마텐자이트를 시효 석출시킨 강재이다.
  2. 스프링용 강은 2.0%~2.5%C의 고탄소강이 많이 사용된다.
  3. 초강인강이란 인장강도 140kg/mm2이상, 항복점120kgf/mm2이상의 강을 말한다.
  4. Cr-Mo 강은 Cr강보다 담금질성을 향상하고, 뜨임저항성이 크며 또한 뜨임취성이 작은 강이다.
(정답률: 70%)
  • 스프링용 강은 일반적으로 $0.6\sim 1.0\%$ 정도의 탄소를 함유한 고탄소강을 사용합니다. $2.0\sim 2.5\%C$는 탄소 함유량이 너무 높아 일반적인 스프링강의 범위를 벗어납니다.
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25. 연강과 같이 항복점이 있는 금속의 응력-변형률 곡선에서 항복점 연신과정에 나타나는 띠(band)가 아닌 것은?

  1. 루더스 밴드
  2. 슬립밴드
  3. 핼트먼선
  4. 코트렐 밴드
(정답률: 62%)
  • 연강의 항복점 연신 과정에서 나타나는 띠는 루더스 밴드, 슬립밴드, 핼트먼선 등이 있습니다. 코트렐 밴드는 이러한 항복 현상과 직접적으로 관련된 띠의 명칭이 아닙니다.
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26. 다음 중 부식 예방법으로서 음극보호(cathodic protection) 방법이 아닌 것은?

  1. 지하배관용 강관에 마그네슘 희생양극(sacrifi cialanode) 을 설치한다.
  2. 지하탱크에 외부전압(impressed voItage)을 가하여 보호한다.
  3. 통조림용 캔 재료로 주석도금(tin plating)한 강판을 사용한다
  4. 자동차 차체용 재료로 아연도금(galvanizing)한 강판을 사용한다.
(정답률: 74%)
  • 음극보호는 금속을 강제로 음극으로 만들어 부식을 방지하는 방법입니다. 주석도금은 강판보다 주석의 전위가 더 낮아(귀금속적), 도금층에 흠집이 생기면 내부의 철(Fe)이 희생양극이 되어 급격히 부식되므로 음극보호 방법이 아닌 단순 차단(피복) 보호에 해당합니다.

    오답 노트
    마그네슘 희생양극, 외부전압 인가, 아연도금: 모두 철보다 반응성이 큰 금속을 사용하거나 전압을 걸어 철을 음극으로 보호하는 음극보호법입니다.
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27. 탄소강에서 망간(Mn)의 영향으로 옳은 것은?

  1. 결정립의 크기를 증가시키고 소성을 감소시킨다.
  2. 고온에서 결정립 성장을 억제시킨다.
  3. 강의 유동성을 나쁘게 한다.
  4. 저온취성의 원인이 된다.
(정답률: 76%)
  • 망간(Mn)은 탄소강에서 황(S)과 결합하여 MnS를 형성함으로써 황에 의한 적열취성을 방지하고, 고온에서 결정립의 성장을 억제하여 기계적 성질을 향상시키는 역할을 합니다.
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28. 스프링용 인청동을 냉간가공한 후 225 ~ 275℃에서 1시간정도 저온 풀림 처리하는 이유로 옳은 것은?

  1. 단단한 인동(Cu3P)이 석출되어 탄성한도가 낮게되고 인성피로가 개선되기 때문이다.
  2. 주석화합물(δ-상)이 석출되어 탄성한도가 높게 되고 취성피로가 개선되기 때문이다.
  3. 자성(滋性)이 증가하여 너트, 볼트 등의 연성재료로 사용할 수 있기 때문이다.
  4. 내부마찰(internal friction)이 작아져 탄성한도가 높게되어 탄성피로가 개선되기 때문이다.
(정답률: 64%)
  • 인청동의 저온 풀림 처리는 내부 응력을 제거하고 내부마찰(internal friction)을 감소시켜 탄성한도를 높임으로써, 반복 하중에 의한 탄성피로 특성을 개선하기 위해 수행합니다.
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29. 경질 합금의 소결 고온압착법(Hot Press Method)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 완성치수와 가까운 형상의 것을 얻을 수 있다.
  2. 로내에서 1개씩 소결되므로 다량 생산방식을 사용할 수 없다.
  3. 소결온도와 압력을 잘못 조절하면 액상이 주위에 배어나와 편석을 일으킨다.
  4. 조직이 조대하고 경도는 향상되며, 상온에서 압착한 소결체보다 표면조도가 낮다.
(정답률: 75%)
  • 고온압착법은 상온 압착법보다 조직이 미세하고 밀도가 높아 경도가 향상되며, 표면 조도가 더 우수해지는 특징이 있습니다. 따라서 조직이 조대하고 표면조도가 낮다는 설명은 틀린 내용입니다.
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30. 열간금형용 합금공구강에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 내마모성이 크고 용착, 소착을 일으키지 않아야 한다.
  2. Heat checking은 C%가 높으면 잘 일어나지 않는다.
  3. Mo기 공구강은 담금질성 및 인성이 좋으나 탈탄을 일으키기 쉽다.
  4. 550°C 부근에서 뜨임하면 프레스형 강등은 2차 경화가 나타난다.
(정답률: 69%)
  • Heat checking(열피로 균열)은 반복적인 가열과 냉각에 의해 발생하며, 탄소 함량($C\%$)이 높을수록 취성이 증가하여 오히려 균열이 더 쉽게 발생합니다.
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31. Al-Si계 합금에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 공정형이며, Al에 대한 Si의 용해도가 크므로 열처리 효과가 기대된다.
  2. 공정형이며, Al에 대한 Si의 용해도가 작으므로 열처리 효과를 기대할 수 없다.
  3. 포정형이며, Al에 대한 Si의 용해도는 크므로 열처리 효과가 기대된다.
  4. 포정형이며, Al에 대한 Si의 용해도는 작으므로 열처리 효과를 기대할 수 없다.
(정답률: 63%)
  • Al-Si계 합금은 대표적인 공정형 합금이며, Al에 대한 Si의 고용도(용해도)가 매우 작기 때문에 석출 경화와 같은 열처리 효과를 기대하기 어렵습니다.
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32. 구리를 진공 용해하여 0.001~0.002%의 O2 함량을 가지며 유리의 봉착성이 좋아 진공관용 재료 및 전자 기기등에 이용되는 재료는?

  1. 무산소동
  2. 탈산동
  3. 전기동
  4. 정련동
(정답률: 88%)
  • 무산소동은 구리를 진공 용해하여 산소 함량을 $0.001 \sim 0.002\%$ 수준으로 극소화한 재료로, 유리의 봉착성이 우수하여 진공관 및 전자 기기 부품에 주로 사용됩니다.
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33. 다음 중 합금 및 고용강화에 관한 일반적인 설명으로 틀린 것은?

  1. 합금의 항복강도, 인장강도, 경도는 순수한 금속보다 더 큰편이다.
  2. 대부분의 합금은 순수한 금속보다 연성이 낮다.
  3. 합금의 전기 전도도는 순수한 금속보다 훨씬 크다.
  4. 크리프에 대한 저항성 또는 고온에서의 강도 저하는 고용강화에 의해 향상되는 경향이 있다.
(정답률: 79%)
  • 합금 원소가 첨가되면 결정 격자 내에 왜곡이 발생하여 전자 이동을 방해하므로, 전기 전도도는 순수한 금속보다 낮아집니다.
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34. 아연(Zn)의 성질에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 주조상태에서 미세결정구조이며, 상온 가공이 가능하다.
  2. 25°C에서 밀도는 약7.13g/cm3이다.
  3. 용융점은 약 420°C 정도이며, 조밀육방격자이다.
  4. 황동 합금이나 다이캐스팅용에 이용된다.
(정답률: 66%)
  • 아연은 주조 상태에서 결정립이 매우 조대하며, 상온에서는 취성이 강해 상온 가공이 불가능한 금속입니다.
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35. 수소 저장성을 활용하여 자동차연료용이나 연료전지의 발전용으로 활용이 가능한 합금은?

  1. Fe-Ni계
  2. Mn-Cu계
  3. Nb-Ti계
  4. Ti-Ni계
(정답률: 76%)
  • $\text{Fe-Ni}$계 합금은 수소 저장 능력이 뛰어나 자동차 연료용이나 연료전지 발전용으로 활용 가능한 특성을 가지고 있습니다.
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36. 스테인리스강에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. Cr과 Ni은 스테인리스강의 기본적인 합금원소이다.
  2. 오스테나이트계 스테인리스강은 자성이 강하다.
  3. 조직에 따라서 오스테나이트계, 마텐자이트계, 페라이트계, 석출경화계 스테인리스강으로 분류한다.
  4. 탄화물(Cr23C6)은 오스테나이트입계에 석출하여 입계부식의 원인이 된다.
(정답률: 86%)
  • 오스테나이트계 스테인리스강은 기본적으로 자성이 없는 비자성체입니다.

    오답 노트
    합금원소: $\text{Cr}$과 $\text{Ni}$이 기본적으로 첨가됨
    입계부식: $\text{Cr}_{23}\text{C}_{6}$ 탄화물이 입계에 석출되면 부식의 원인이 됨
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37. 비커즈 경도시험에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 미소 경도 시험으로 표면 경화층, 탈탄이나 도금부위 등을 측정 할 수 있다.
  2. 미소 경도 시험은 금속의 단결정이나 특정 조직부분을 측정 할 수 있다.
  3. 다이아몬드 피라미드의 중심축과 누르개 부착축(부착면의수직방향) 사이의 각도는 0.3°보다 커야한다.
  4. 비커즈 경도계의 피라미드 꼭지각 대면각은 136°이다.
(정답률: 72%)
  • 비커즈 경도 시험에서 다이아몬드 피라미드의 중심축과 누르개 부착축 사이의 각도는 정밀도를 위해 $0.3^{\circ}$이하로 매우 작게 유지되어야 합니다.

    오답 노트
    대면각: $136^{\circ}$의 정사각추 모양 압입자를 사용함
    측정 범위: 미소 경도 시험이 가능하여 표면 경화층이나 특정 조직 측정에 적합함
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38. 섬유강화금속(FRM)의 특성이 아닌 것은?

  1. 비강도 및 비강성이 낮다.
  2. 2차 성형성 및 접합성이 있다.
  3. 섬유축 방향의 강도가 크다.
  4. 고온의 역학적 특성 및 열적안정성이 우수하다.
(정답률: 74%)
  • 섬유강화금속(FRM)은 가벼우면서도 강도가 매우 높은 재료이므로 비강도 및 비강성이 매우 높다는 것이 특징입니다.

    오답 노트
    섬유축 방향 강도: 섬유 방향으로 하중이 집중되어 매우 큼
    열적안정성: 고온에서도 변형이 적고 안정적임
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39. 구상흑연주철의 제조 시 첨가되는 구상화 첨가원소는?

  1. Mg, Ca
  2. Zn, Ag
  3. Sn, Cr
  4. Co, Cu
(정답률: 85%)
  • 구상흑연주철은 흑연을 구형으로 만들기 위해 Mg(마그네슘)이나 Ca(칼슘)과 같은 구상화 원소를 첨가하여 제조합니다.
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40. 배빗메탈(babbit metal)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 경도는 Pb를 주로 하는 합금보다 낮다.
  2. 충격과 진동에 잘 견딘다.
  3. 주석계 베어링 합금이라고도 한다.
  4. 비열이 작고 열전도도가 크므로 고속도, 대하중의 기계에 적합하다.
(정답률: 66%)
  • 배빗메탈은 주석(Sn)을 기지로 하여 안티몬(Sb), 구리(Cu)를 첨가한 합금으로, 납(Pb)계 합금보다 경도, 강도, 항압력이 더 높습니다.

    오답 노트
    경도는 Pb를 주로 하는 합금보다 낮다: 납계 화이트 메탈이 배빗메탈보다 경도가 낮아 더 쉽게 마모됩니다.
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3과목: 야금공학

41. 다음의 열역학 관계식들 중 틀린 것은?

(정답률: 61%)
  • 열역학 기본 관계식에 따르면 헬름홀츠 자유 에너지($A$)와 깁스 자유 에너지($G$)의 온도 변화율은 다음과 같습니다.
    $$(\frac{\partial A}{\partial T})_{V, comp} = -S$$
    $$(\frac{\partial G}{\partial T})_{P, comp} = -S$$
    따라서 두 식의 값은 동일해야 하므로 $(\frac{\partial A}{\partial T})_{V, comp} = -(\frac{\partial G}{\partial T})_{P, comp}$ 라고 표현한 식은 틀린 관계식입니다.
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42. 열해리를 이용하여 금속을 만들 때 사용되는 금속 화합물은?

  1. Ni(CO)4, Fe(CO)5
  2. CaSO4, FeCO3
  3. MgCO3, WC
  4. Zn(OH)2, MoCO3
(정답률: 69%)
  • 열해리법은 금속 카보닐 화합물과 같이 열을 가했을 때 쉽게 분해되는 화합물을 이용하여 고순도의 금속을 얻는 방법입니다. 대표적으로 $Ni(CO)_{4}$와 $Fe(CO)_{5}$가 사용됩니다.
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43. 다음 화학방정식 중에서 열화학 방정식은?

  1. H2+(1/2)O2=H2O+ΔE
  2. H2O = H2+(1/2)O2+ΔS
  3. H2+(1/2)O2=H2O+ΔH
  4. H2O = H2+(1/2)O2+R
(정답률: 74%)
  • 열화학 방정식은 화학 반응식에 반응 시 출입하는 열량인 엔탈피 변화량($\Delta H$)을 함께 표기한 방정식입니다. 따라서 $\Delta H$가 포함된 식이 정답입니다.
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44. 다음 중 규칙용액(regular solution)에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 혼합열은 조성에 따라 다르다.
  2. 혼합엔트로피는 이상용액의 엔트로피와 같다.
  3. 혼합열이 0이다.
  4. 성분의 활동도 계수는 온도에 따라 변한다.
(정답률: 57%)
  • 규칙용액은 혼합엔트로피는 이상용액과 동일하지만, 성분 간의 상호작용으로 인해 혼합열이 0이 아닌 용액을 말합니다.

    오답 노트
    혼합열이 0이다: 이는 이상용액(Ideal Solution)의 특징입니다.
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45. 열역학 제 3법칙에서 ΔS=0으로 정하는 기준 온도는?

  1. 0℃
  2. 0K
  3. 25℃
  4. 100℃
(정답률: 86%)
  • 열역학 제3법칙에 따르면, 완전한 결정 상태의 순수 물질은 절대온도 $0\text{ K}$ (절대영도)에서 엔트로피($S$)가 0이 됩니다.
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46. 깁스 자유에너지(Gibbs free energy(G))에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 일정 온도, 일정 압력하에서 G가 감소하면 자발적인 과정이다.
  2. 상태 1과 상태 2의 양쪽 상태가 정해지면, 그과정의 경로에 상관없이 ΔG값은 동일하다.
  3. 일정 온도에서 이상기체가 압력 P1에서 압력 P2로 등온 팽창할때 ΔG값은 Helmholtz free energy 변화(ΔA)값과 같다.
  4. 평형상태에서 G가 최대값을 가진다.
(정답률: 83%)
  • 깁스 자유에너지($G$)는 일정 온도와 압력 조건에서 반응의 자발성을 결정하는 지표입니다. 시스템이 평형 상태에 도달하면 깁스 자유에너지는 최소값($\Delta G = 0$)을 가지며, 더 이상 자발적인 변화가 일어나지 않습니다.
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47. 코크스가 가열된 공기에 의하여 완전 연소하여 CO가스를 생성한다고 할 때, 이론적인 CO가스의 조성(%)은? (단, 공기 중의 산소는 21%, 질소는 79%이다.)

  1. 21.0
  2. 34.7
  3. 42.0
  4. 65.3
(정답률: 62%)
  • 코크스($C$)가 공기 중의 산소($O_2$)와 반응하여 $CO$를 생성하는 화학 양론적 조성 계산 문제입니다.
    반응식: $C + \frac{1}{2}O_2 \rightarrow CO$
    공기 1몰당 산소 0.21몰, 질소 0.79몰이 공급될 때 생성되는 $CO$의 몰분율을 구합니다.
    ① [기본 공식] $\text{CO 조성}(\%) = \frac{n_{CO}}{n_{CO} + n_{N_2}} \times 100$
    ② [숫자 대입] $\text{CO 조성}(\%) = \frac{0.21 \times 2}{0.21 \times 2 + 0.79} \times 100$
    ③ [최종 결과] $\text{CO 조성}(\%) = 34.7$
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48. 다음 중 고로에서 열 정산시 출열 항목이 아닌 것은?

  1. 산화철 환원열
  2. 송풍 현열
  3. 로정가스 현열
  4. 슬래그 현열
(정답률: 69%)
  • 고로의 열정산에서 출열(열 손실 및 소비) 항목은 산화철 환원열, 로정가스 현열, 슬래그 현열, 냉각수 손실 등이 있습니다. 반면 송풍 현열은 외부에서 고로 내부로 열을 공급하는 입열 항목에 해당합니다.
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49. 압력P, 온도가 T인 1몰의 이상기체가 진공으로 등온 팽창하여 부피가 2배로 되었을때, ΔH, ΔS, ΔA, ΔG를 구한 것으로 틀린 것은? (단, H : 엔탈피, S : 엔트로피, A : 헬름홀츠 자유에너지, G: 깁스 자유 에너지이다.)

  1. ΔH =0
  2. ΔG =-RT∙n2
  3. ΔA =RT∙n2
  4. ΔS = R∙n(V2/V1) =R∙n2
(정답률: 63%)
  • 진공으로의 등온 팽창은 외부 압력이 0인 자유 팽창으로, 일($w=0$)과 열($q=0$)의 교환이 없는 과정입니다. 이상기체의 등온 과정에서 엔탈피 변화는 0이며, 헬름홀츠 자유에너지 변화는 $\Delta A = -T\Delta S$ 관계를 가집니다.

    오답 노트
    $\Delta A = RT \ln 2$ : $\Delta A = -T\Delta S$이므로 $\Delta A = -RT \ln 2$가 되어야 합니다.
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50. 어떠한 반응이 자발적으로 진행되는 조건을 설명한 것 중 옳은 것은?

  1. 엔트로피(entropy)가 변화하지 않을 때
  2. 깁스 자유에너지가 증가할 때
  3. 엔트로피(entropy)가 감소할 때
  4. 깁스 자유에너지가 감소할 때
(정답률: 76%)
  • 일정한 온도와 압력 조건에서 반응의 자발성을 결정하는 척도는 깁스 자유에너지($G$)입니다. 깁스 자유에너지가 감소하는 방향($\Delta G < 0$)으로 반응이 자발적으로 진행됩니다.

    오답 노트
    엔트로피 감소: 비자발적 진행 가능성 높음
    깁스 자유에너지 증가: 비자발적 반응
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51. 어떠한 비정질 물질이 임계온도에서 비정질(amorphous) → 결정질(crystalline)반응에 의해 결정물질로 된다. 이 반응의 엔탈피 변화량 ΔH와 관련된 설명으로 옳은 것은?

  1. ΔH는 0이다.
  2. ΔH는 음수이다.
  3. ΔH는 양수이다.
  4. 물질에 따라 ΔH는 다르다.
(정답률: 71%)
  • 비정질 상태보다 결정질 상태가 에너지가 더 낮은 안정된 상태입니다. 따라서 비정질에서 결정질로 변하는 반응은 에너지를 방출하는 발열 반응이므로 엔탈피 변화량 $\Delta H$는 음수입니다.
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52. 고로의 풍구(tuyere)에 연료를 취입하여 조업할 때 송풍온도와 산소부화율은 어떻게 조절하여야 하는가?

  1. 송풍온도는 낮추고 산소부화율은 높여야 한다.
  2. 송풍온도와 산소부화율을 모두 낮추어야 한다.
  3. 송풍온도는 높이고 산소부화율은 낮추어야 한다.
  4. 송풍온도와 산소부화율을 모두 높여야 한다.
(정답률: 70%)
  • 고로 풍구에 연료를 취입할 때는 연소 효율을 높이고 노내 온도를 상승시켜 환원 반응을 촉진해야 하므로, 송풍온도와 산소부화율을 모두 높여야 합니다.
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53. 1몰 이상기체(Cv=1.5R)가 가역 단열 압축과정을 거쳐 상태 1(25°C, 1기압)에서 상태2(T2, 2기압)로 변할 때 엔탈피 변화(ΔH)는 약 몇 J인가?

  1. 2057
  2. 1187
  3. 1979
  4. 1037
(정답률: 48%)
  • 가역 단열 과정에서 온도 변화를 먼저 구한 뒤, 정압비열을 이용하여 엔탈피 변화량을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta H = n C_p (T_2 - T_1)$
    ② [숫자 대입] $\Delta H = 1 \times (1.5R + R) \times (298 \times (2/1)^{0.4} - 298)$
    ③ [최종 결과] $\Delta H = 1187$
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54. 선철 중에 함유되어 있는철(Fe) 이외의 5대 성분은?

  1. C, Si, Mn, P,Ti
  2. C, Si, Mn, P, S
  3. S, Si, Cu, P, S
  4. C, Si, Mn, Ti, Cr
(정답률: 86%)
  • 선철(Pig Iron)의 주요 성분은 철($\text{Fe}$) 외에 탄소($\text{C}$), 규소($\text{Si}$), 망간($\text{Mn}$), 인($\text{P}$), 황($\text{S}$)의 5대 원소로 구성됩니다.
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55. 등온, 등압하에서 이상기체 혼합물을 형성할 때 다음 중 성립되지 않는 식은? (단, G : Gibbs자유에너지, S : 엔트로피, H : 엔탈피, V : 부피, Xi : i기체의 몰분율, n : 몰수, R : 기체상수, T : 절대온도이다.)

  1. △Gmix=nRT∑InX
  2. △Smix=nR∑XInXi
  3. △Hmix=0
  4. △Vmix=0
(정답률: 64%)
  • 이상기체 혼합 시 엔트로피 변화량($\Delta S^{mix}$)은 몰분율의 로그 합에 $-nR$을 곱한 형태여야 합니다. $\Delta S^{mix} = -nR \sum X_i \ln X_i$가 옳은 식이며, 제시된 식은 부호가 잘못되었습니다.

    오답 노트
    $\Delta H^{mix}=0$, $\Delta V^{mix}=0$: 이상기체 혼합 시 엔탈피와 부피 변화는 없습니다.
    $\Delta G^{mix}=nRT\sum \ln X$: 깁스 자유 에너지 변화량의 기본 정의식입니다.
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56. 돌로마이트(Dolomite)의 주성분은?

  1. CaO – MgO
  2. Al2O3 - SiO2
  3. CaO – SiO2
  4. CaF2
(정답률: 77%)
  • 돌로마이트(백운석)는 $\text{MgCO}_3 \cdot \text{CaCO}_3$ 성분의 칼슘 마그네슘 탄산염 광물로, 주성분은 $\text{CaO} - \text{MgO}$입니다.
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57. Mg-Si계 에서 Mg2Si 화합물 중 Mg의 중량백분율(%)은? (단, Mg의 원자량은 24.31이고, Si는 28.09이다.)

  1. 66.66
  2. 63.38
  3. 43.38
  4. 33.33
(정답률: 79%)
  • 화합물 내 특정 성분의 중량백분율은 (해당 성분의 총 원자량 / 화합물의 전체 분자량) $\times 100$으로 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\text{Weight \%} = \frac{n \times M_{Mg}}{n \times M_{Mg} + M_{Si}} \times 100$$
    ② [숫자 대입]
    $$\text{Weight \%} = \frac{2 \times 24.31}{2 \times 24.31 + 28.09} \times 100$$
    ③ [최종 결과]
    $$\text{Weight \%} = 63.38$$
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58. 1mole의 기체에 대한 반데르발스(VanderWaals) 상태 방정식은? (단, a 및 b는 상수, V는 부피, P는 압력, R은 기체상수, T는 절대온도를 표시한다.)

(정답률: 81%)
  • 반데르발스 상태 방정식은 실제 기체의 분자 간 인력과 분자 자체의 부피를 보정한 식입니다. 압력 항에는 인력을 보정하는 $\frac{a}{V^2}$를 더하고, 부피 항에는 분자 부피를 보정하는 $b$를 빼주어 다음과 같이 표현합니다.
    $$( P + \frac{a}{V^2} )(V - b) = RT$$
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59. 일정한 압력하에서 온도가 올라감에 따라 평형상수가 증가하는 반응은?

  1. 발열반응이다.
  2. 흡열반응이다.
  3. 반응열이 0 이다.
  4. 단열반응이다.
(정답률: 76%)
  • 르 샤틀리에의 원리에 따라, 온도가 상승할 때 평형 상수가 증가하여 정반응 쪽으로 평형이 이동하는 반응은 열을 흡수하는 흡열반응입니다.
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60. Ni 스파이스(speiss)의 주요 조성으로 옳은 것은?

  1. Cu-Fe–Pi
  2. Pb–Ni-Si
  3. Fe–As–Ni
  4. Sb–S–Co
(정답률: 64%)
  • Ni 스파이스(speiss)는 니켈(Ni) 제련 과정에서 발생하는 부산물로, 주로 철(Fe), 비소(As), 니켈(Ni)이 포함된 합금물질을 의미합니다.
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4과목: 금속가공학

61. 체심입방격자인 FCC(99.99%)의 슬립면과 슬립 방향으로 옳은 것은?(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. {111}, <110>
  2. {110},
  3. {0001},
  4. {1010}, <2110>
(정답률: 80%)
  • 슬립(Slip)은 원자 밀도가 가장 높은 면(최밀면)에서 밀도가 가장 높은 방향(최밀방향)으로 일어납니다. 면심입방격자(FCC)의 경우 최밀면은 {111}이며, 최밀방향은 <110>입니다.
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62. 재료의 크리프(creep) 저항과 관련된 설명으로 틀린 것은?

  1. 융점이 높을수록 크리프 저항은 증가한다.
  2. 탄성계수가 클수록 크리프 저항은 증가한다.
  3. 활성화에너지가 클수록 크리프 저항은 증가한다.
  4. 적층결함에너지가 클수록 크리프 저항은 증가한다.
(정답률: 65%)
  • 크리프 저항은 재료의 열적 안정성과 전위의 이동 방해 정도에 결정됩니다. 융점이 높고 활성화 에너지가 클수록, 그리고 탄성계수가 클수록 고온에서 변형에 저항하는 능력이 커집니다.

    오답 노트
    적층결함에너지가 클수록: 전위의 교차 슬립이 쉬워져 오히려 크리프 저항이 감소합니다.
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63. 금속의 가단성(可鐵性)을 나쁘게 하는 것은?

  1. 재료의 항복점이 낮을 수록
  2. 고탄소강 일수록
  3. 재료의 연신율이 클수록
  4. 성분이 순수한 것일 수록
(정답률: 72%)
  • 가단성은 재료가 파괴되지 않고 압축되어 얇게 펴지는 성질입니다. 탄소 함량이 높은 고탄소강일수록 강도는 높아지지만 연성과 전성이 낮아져 가단성이 나빠집니다.

    오답 노트
    항복점이 낮을수록, 연신율이 클수록, 성분이 순수할수록 가단성은 향상됩니다.
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64. 항복곡면에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 응력상태가 항복곡면의 한 점일 때 항복이 일어난다.
  2. 평형상태에 있는 어떠한 응력상태도 항복곡면 밖에서는 존재할 수 없다.
  3. 응력상태가 항복곡면으로 둘러싸여 있을 때 항복이 일어난다.
  4. Von Mises와 Tresca의 항복조건을 응력 공간에 표시하여 만든 하나의 면이다.
(정답률: 72%)
  • 항복곡면은 재료가 항복하기 시작하는 응력의 경계를 나타냅니다. 응력 상태가 항복곡면 내부에 있을 때는 탄성 영역에 해당하여 항복이 일어나지 않으며, 응력 상태가 곡면 위에 도달했을 때 비로소 항복이 발생합니다.
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65. 풀림한 저탄소강의 소성거동은 O’=7000.2MPa로 나타났다. 만일 이 금속을 처음 단면수축 15% 냉간 가공 후 다시 30% 냉간 가공하였다면 이러한 가공을 받은금속의 항복강도는 약 얼마(MPa)인가?

  1. 485.2
  2. 570.6
  3. 614.2
  4. 727.7
(정답률: 46%)
  • 냉간 가공 후의 항복강도는 최종 진변형률을 적용한 유동응력 값과 같습니다. 총 단면적 감소율을 통해 진변형률을 구한 뒤 홀로몬 식에 대입합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\epsilon = \ln \frac{A_{0}}{A_{f}}$$
    $$\sigma = K \epsilon^{n}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\epsilon = \ln \frac{1}{1 \times (1-0.15) \times (1-0.3)} = \ln \frac{1}{0.595} = 0.5192$$
    $$\sigma = 700 \times 0.5192^{0.2}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\sigma = 614.2$$
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66. 단위부피의 금속을 실제 가공하는데 필요한 총일(Wt)을 구하는 식으로 옳은 것은?

  3. Wt=Wh+Wf+Wr
  4. Wt=Wh-Wf-Wr
(정답률: 79%)
  • 금속 가공에 필요한 총일은 이상적인 변형 에너지, 마찰로 인한 에너지 손실, 그리고 내부 변형 저항으로 인한 에너지의 총합으로 계산합니다.
    $$W_{t} = W_{h} + W_{f} + W_{r}$$
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67. 버거스 벡터와 전위선이 서로 수직인 전위는?

  1. 단위전위
  2. 혼합전위
  3. 나사전위
  4. 칼날전위
(정답률: 89%)
  • 칼날전위는 버거스 벡터가 전위선과 평행한 전위이며, 이로 인해 전위선과 수직인 방향으로 전위선이 이동하며 변형이 일어나는 특성을 가집니다.
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68. 인장시험 시 연신율에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 시편의 단면적이 작을수록 연신율은 감소한다.
  2. 시편의 초기 표점거리가 짧을수록 연신율은 감소한다.
  3. 크기가 다른 시편의 연신율을 비교하기 위해서는 시편의 기하학적 형태가 같도록해야 한다.
  4. 일반적으로 연신율, 단면감소율, 파괴거동은 재료의 다른 거동으로 취급한다.
(정답률: 79%)
  • 연신율은 시편의 초기 표점거리가 짧을수록 국부 수축(necking)의 영향이 상대적으로 커져 측정되는 연신율 값은 오히려 증가하는 경향을 보입니다.
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69. 기계적인 잔류응력측정법 중 얇은 판의 표면의 2축 잔류응력을 결정하는데 이용되며 재료의 탄성이 균일하며 잔류응력이 면에 따라서 변하지 않고 두께에 따라서만 변화 한다고 가정하는 측정법은?

  1. γ- Ray 법
  2. Bauer - Heyn 방법
  3. Treuting - READ방법
  4. Sachs 중공방법
(정답률: 78%)
  • Treuting-READ 방법은 층제거법(Layer-Removal Method)의 일종으로, 얇은 판의 표면에서 2축 잔류응력을 결정할 때 사용하며 재료의 탄성이 균일하고 잔류응력이 두께 방향으로만 변화한다고 가정하는 측정법입니다.
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70. 냉간가공된 금속이 열처리에 의해서 회복과 재결정립 성장이 일어날 때 구동력이 되는 것은?

  1. 응력
  2. 변형율
  3. 표면에너지
  4. 축적에너지
(정답률: 85%)
  • 냉간가공으로 인해 금속 내부에는 전위(dislocation)가 밀집되어 에너지가 높은 상태가 되는데, 이를 축적에너지라고 합니다. 열처리 시 이 축적에너지가 구동력이 되어 에너지가 낮은 상태로 돌아가려는 회복과 재결정 현상이 일어납니다.
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71. 다음 중 정수압 압출의 장점이 아닌 것은?

  1. 마찰효과가 증가한다.
  2. 균일 변형이 가능하다.
  3. 압출압력이 감소한다.
  4. 과잉일이 감소한다.
(정답률: 63%)
  • 정수압 압출은 높은 정수압을 가해 재료의 유동성을 높이는 공정으로, 마찰을 줄여 압출 압력과 과잉일을 감소시키고 균일한 변형을 가능하게 합니다. 따라서 마찰효과가 증가한다는 설명은 정수압 압출의 특성과 정반대되는 내용입니다.
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72. 딥드로잉(deep drawing)에의해성형한제품에이어링(earing) 결함이 생기는 원인은?

  1. 전연성
  2. 이방성
  3. 등방성
  4. 탄성여효
(정답률: 84%)
  • 이어링(earing)은 딥드로잉 시 컵의 상단부가 물결 모양으로 불균일하게 형성되는 결함입니다. 이는 재료의 결정 방향에 따라 기계적 성질이 다른 이방성 때문에 성형 속도와 변형량이 방향별로 차이가 나기 때문에 발생합니다.
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73. 다음 가공법 중에서 전단가공에 해당되지 않는 가공법은?

  1. 컬링가공
  2. 트리밍가공
  3. 세이빙가공
  4. 슬리팅가공
(정답률: 70%)
  • 전단가공은 재료를 전단력으로 절단하는 공정으로 블랭킹, 펀칭, 트리밍, 세이빙, 슬리팅 등이 포함됩니다. 반면 컬링가공은 재료의 끝부분을 구부려 테두리를 만드는 성형 가공의 일종입니다.
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74. 금속의 피로강도를 향상시키기 위한 방법 중 틀린 것은?

  1. 표면을 평활하게 한다.
  2. 응력을 집중시켜 재료를 강하게 한다.
  3. 표면경도를 향상시키기 위하여 침탄시킨다.
  4. 표면층에 압축잔류 응력이 존재하게 한다.
(정답률: 62%)
  • 피로강도를 높이려면 응력 집중원을 제거하여 균열 발생을 억제해야 합니다. 응력을 집중시키면 오히려 균열이 빠르게 진전되어 피로 수명이 급격히 감소합니다.

    오답 노트
    표면 평활화: 응력 집중을 줄여 피로강도 향상
    침탄: 표면 경도를 높여 내마모성 및 피로강도 향상
    압축잔류 응력: 표면의 인장 응력을 상쇄하여 균열 발생 억제
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75. 샤르피 충격시험에서 해머를 올렸을 때의 각도를 α시험편 파단 후의 각도를 β라고 할 때, 충격흡수에너지를 구하는 식은? (단, W는 중량(kgf), R는 펜 듈럼의길이(m)이다.)

  1. WR(cosα -1)
  2. WR(cosβ -1)
  3. WR(cosβ -cosα)
  4. WR(cosα -cosβ)
(정답률: 89%)
  • 샤르피 충격시험의 흡수에너지는 해머가 처음 위치한 높이의 위치에너지와 파단 후 올라간 높이의 위치에너지 차이로 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$E = WR(\cos \beta - \cos \alpha)$$
    ② [숫자 대입]
    $$E = WR(\cos \beta - \cos \alpha)$$
    ③ [최종 결과]
    $$E = WR(\cos \beta - \cos \alpha)$$
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76. 완전전위가 두개의 부분전위로 분해되면 두 부분 전위는 두 부분전위 사이의 반발력과 인력이 균형을 이루는 폭(간격)으로 존재한다. 이 때 두 부분전 위를 확장전위라 부르는데, FCC에서 확장나선전위의 교차슬립에 관한 설명 중 틀린 것은?

  1. 적층결함 에너지가 클수록 교차슬립이 잘 일어난다.
  2. Al, Ni등의 금속에서는 교차슬립이 잘 일어난다.
  3. 황동(brass)에서는 교차슬립이 잘 일어나지 않는다.
  4. 부분전위 사이의 폭이 클수록 교차슬립이 잘 일어난다.
(정답률: 75%)
  • 확장나선전위가 교차슬립을 하기 위해서는 분리된 두 부분전위가 다시 하나로 합쳐져야 합니다. 부분전위 사이의 폭이 클수록(적층결함 에너지가 작을수록) 다시 합쳐지기 어려워 교차슬립이 억제됩니다.

    오답 노트
    적층결함 에너지가 클수록: 부분전위 사이의 폭이 좁아져 합쳐지기 쉬우므로 교차슬립이 잘 일어남
    Al, Ni: 적층결함 에너지가 큰 금속으로 교차슬립이 용이함
    황동: 적층결함 에너지가 매우 작아 부분전위 폭이 넓으므로 교차슬립이 어려움
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77. 그림에서 슬립이 형성되어 인장축에 45°로 루더스띠가 형성되는 구간은?

  1. AB
  2. BC
  3. CD
  4. DE
(정답률: 82%)
  • 제시된 응력-변형률 곡선 에서 항복점 이후 응력이 진동하며 일정하게 유지되는 BC 구간이 루더스 변형(Lüders deformation) 구간입니다. 이 구간에서 불균일한 소성 변형이 일어나며 인장축에 45° 방향으로 루더스 띠가 형성됩니다.
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78. 탄소강봉에 720kgf/cm2의 인장응력이 작용하고 있을 때 변형률의 값은 0.003이라면 (종)탄성계수 E값은 얼마인가?

  1. 2.3×105kgf/cm2
  2. 2.4×106kgf/cm2
  3. 2.3×107kgf/cm2
  4. 2.4×108kgf/cm2
(정답률: 69%)
  • 응력 $\sigma$와 변형률 $\epsilon$의 관계를 나타내는 훅의 법칙(Hooke's Law)을 사용하여 탄성계수 $E$를 구합니다.
    ① [기본 공식] $E = \frac{\sigma}{\epsilon}$
    ② [숫자 대입] $E = \frac{720 \times 10^3}{0.003}$
    ③ [최종 결과] $E = 2.4 \times 10^6 \text{ kgf/cm}^2$
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79. 압연작업에서 압하량을 크게하는 조건을 설명한 것 중 틀린 것은?

  1. 지름이 큰 롤을 사용한다
  2. 압연재의 온도를 높여준다.
  3. 압연재를 뒤에서 밀어준다
  4. 롤의 회전속도를 높인다.
(정답률: 88%)
  • 압하량을 크게 하려면 롤의 마찰력을 높이거나 재료의 변형 저항을 낮춰야 합니다. 롤의 회전속도를 높이는 것은 압하량 증대와 직접적인 상관관계가 없으며, 오히려 공정 안정성에 영향을 줍니다.

    오답 노트
    지름이 큰 롤 사용: 접촉 면적을 넓혀 마찰력을 증대시킵니다.
    온도 상승: 재료의 유동 응력을 낮춰 변형을 쉽게 합니다.
    뒤에서 밀어주기: 전방 압력을 가해 압하량을 높입니다.
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80. 취성 금속재료의 파괴가 표면조건에 따라 민감하게 변하는 현상은?

  1. 조폐(joffe) 효과
  2. 수즈키 (Suzuki) 효과
  3. 변형률 민감도 효과
  4. 텍스쳐(texture) 효과
(정답률: 85%)
  • 취성 재료에서 표면의 거칠기나 흠집 같은 표면 조건에 따라 파괴 응력이 민감하게 변하는 현상을 조폐(joffe) 효과라고 합니다.
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5과목: 표면공학

81. 고속도금을 하기 위한 방법으로 틀린 것은?

  1. 금속이온의 농도를 크게한다.
  2. 확산정수가 작은염을 사용한다.
  3. 액의온도를 높여 작업한다.
  4. 액의 교반을 심하게 해준다.
(정답률: 78%)
  • 고속도금을 위해서는 전극 표면으로의 금속 이온 공급 속도를 높여야 합니다. 확산정수가 큰 염을 사용해야 이온 이동이 빨라져 도금 속도가 향상되므로, 확산정수가 작은 염을 사용한다는 설명은 틀린 것입니다.

    오답 노트
    금속이온 농도 증가, 온도 상승, 강한 교반: 모두 이온 공급 속도를 높여 고속도금을 가능하게 하는 조건입니다.
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82. 다음 중 인산염을 환원제로 한 무전해 니켈 도금액의 성분이 아닌 것은?

  1. 시안화제일구리
  2. 치아인산소다
  3. 염화암모늄
  4. 황산니켈
(정답률: 60%)
  • 인산염 환원 무전해 니켈 도금액은 니켈 공급원인 황산니켈, 환원제인 치아인산소다, 완충제 및 안정제 역할을 하는 염화암모늄 등으로 구성됩니다.

    오답 노트
    시안화제일구리: 구리 도금 공정에 사용되는 성분으로 니켈 도금액과는 무관합니다.
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83. 플라즈마 CVD에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 화학적 기상도금보다 속도가 느리다.
  2. 폴리머와 같이 고온에서 불안정한 기지 위에 금속코팅이 가능하다.
  3. 열에너지가 아닌 천이 된 전자에 의하여 반응가스가 활성화 된다.
  4. 열CVD법에 비하여 기지의 온도가 낮은(300°C 이하) 상태에서 밀착성이 우수한 피막을 얻는다.
(정답률: 75%)
  • 플라즈마 CVD는 전자에 의해 반응 가스가 활성화되므로, 일반적인 열 CVD나 화학적 기상도금보다 반응 속도가 매우 빠르고 저온 공정이 가능하다는 장점이 있습니다.
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84. 강재의 염욕 열처리시 일반적인 염욕의 구비조건이 아닌 것은?

  1. 점성이 커야한다.
  2. 염욕의 용해가 쉬워야 한다.
  3. 증발 및 휘발성이 적어야 한다.
  4. 염욕 중의 불순물은 적고 순도가 높아야 한다.
(정답률: 76%)
  • 염욕 열처리 시 염욕의 점성이 크면 피처리물 표면에 염이 달라붙어 세척이 어렵고 균일한 열전달이 방해되므로, 점성은 낮아야 합니다.
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85. 주사전자현미경에 사용되는 전자총에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 물질에 열을 가하여 일함수 이상의 에너지를 제공하면 전자는 고유의 위치로부터 벗어나 공중으로 방출된다.
  2. 열방사형 전자총을 사용한 주사전자현미경이 전계방사형 전자총을 사용한 것보다 분해능이 뛰어나다.
  3. 열방사형 전자총은 높은 전계를 가하여 에너지를 공급하여 전자를 방출시킨다.
  4. 열방사형 전자총의 음극에 사용되는 재료는 일함수 값이 커야한다.
(정답률: 79%)
  • 열전자 방출 원리에 따라 물질에 열에너지를 가해 전자의 에너지가 일함수보다 커지면 전자가 표면 밖으로 방출됩니다.

    오답 노트
    분해능: 전계방사형 전자총이 열방사형보다 분해능이 훨씬 뛰어납니다.
    방출 원리: 열방사형은 열에너지를, 전계방사형은 강한 전계를 이용합니다.
    재료 조건: 전자를 쉽게 방출하려면 일함수 값이 작아야 합니다.
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86. 다음 중 무전해 도금에 필요한 주성분과 보조성분이 아닌 것은?

  1. 환원제
  2. 봉공제
  3. 개량제
  4. 착화제
(정답률: 68%)
  • 무전해 도금은 외부 전원 없이 화학적 반응으로 도금하는 방식으로, 금속 이온을 환원시킬 환원제, 금속 이온의 농도를 조절하는 착화제, 도금층의 성질을 개선하는 개량제가 필수 성분입니다.

    오답 노트
    봉공제: 도금 후 미세 구멍을 메우는 후처리제로, 도금액의 주성분이나 보조성분이 아닙니다.
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87. 고주파 경화 열처리의 유도전류에 의한 침투깊이를 설명한 것 중 옳은 것은?

  1. 강재의 고유 저항이 작고 투자율이 클수록 전류의 침투 깊이는 깊어진다.
  2. 강재의 고유 저항이 작고 전류의 주파수가 높을 수록 침투 깊이는 깊어진다.
  3. 강재의 투자율이 작고 전류의 주파수가 높을 수록 침투 깊이는 깊어진다.
  4. 강재의 고유 저항이 크고 주파수가 낮을 수록 침투 깊이는 깊어진다.
(정답률: 65%)
  • 고주파 경화 시 유도전류의 침투 깊이 $\delta$는 고유 저항 $\rho$의 제곱근에 비례하고, 투자율 $\mu$와 주파수 $f$의 제곱근에 반비례합니다.
    $$ \delta = \sqrt{\frac{\rho}{\pi f \mu}} $$
    따라서 고유 저항이 클수록, 주파수가 낮을수록 전류가 더 깊게 침투합니다.
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88. 알루미늄의 양극산화로 얻어진 피막의 내식성을 가장 크게 저하시키는 불순물은?

  1. Cu
  2. Mn
  3. Mg
  4. Fe
(정답률: 63%)
  • 알루미늄 양극산화 피막 내에 구리(Cu)가 불순물로 존재하면, 알루미늄과의 전위차로 인해 국부적인 전지 반응이 일어나 피막의 부식을 촉진시키며 내식성을 가장 크게 저하시킵니다.
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89. Ti 및 Ti 합금의 열처리에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 강도를 중가시키기 위해서 용체화 처리와 시효처리를 한다.
  2. 연성, 치수 및 열적 안정성을 증가시키기 위해서 풀림처리를 한다.
  3. 응력제거 처리시 냉각을 가속시키기 위하여 유냉이나 수냉을 시용한다.
  4. 열처리를 통하여 파괴인성, 피로강도 및 고온 크리프강도 등의 성질을 최적화할수 있다.
(정답률: 74%)
  • 응력제거 처리는 가공 시 발생한 내부 응력을 완화하는 것이 목적이므로, 급랭으로 인한 새로운 응력 발생을 막기 위해 서냉(공냉 등)을 하는 것이 원칙입니다. 따라서 유냉이나 수냉을 통해 냉각을 가속시키는 것은 응력제거 처리 목적에 어긋납니다.
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90. 용융아연도금의 도금 시 용제가 갖추어야 할 조건에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 점도, 표면장력, 융점이 낮아야 한다.
  2. 용융아연 표면의 산화아연을 제거해 주어야 한다.
  3. 반응 생성물이 재석출하도록 해야 한다.
  4. 용융아연 용기에 침지할 때까지 철 표면의 산화를 억제하여야 한다.
(정답률: 71%)
  • 용융아연도금의 플럭스(용제)는 도금 효율을 높이기 위해 점도, 표면장력, 융점이 낮아야 하며, 산화막 제거 및 재산화 방지 기능이 필수적입니다. 하지만 반응 생성물이 재석출되면 도금 표면의 품질을 저하시키므로, 생성물이 재석출되지 않고 용제에 용해되어 제거되어야 합니다.
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91. 이온도금 중 저온 플라즈마를 이용한 방식이 아닌 것은?

  1. 활성반응증착 방식
  2. 고주파방전 방식
  3. hollow cathode discharge 방식
  4. clusterionbeamdeposition 방식
(정답률: 73%)
  • 저온 플라즈마를 이용한 이온도금 방식에는 활성반응증착, 고주파방전, hollow cathode discharge 방식 등이 포함됩니다.
    cluster ion beam deposition 방식은 저온 플라즈마 방식이 아닌 클러스터 이온 빔을 직접 조사하는 별도의 증착 메커니즘을 가집니다.
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92. 아노다이징(Anodizing) 처리의 주된 목적이 아닌 것은?

  1. 내식성향상
  2. 표면착색
  3. Al2O3피막형성
  4. 인장강도향상
(정답률: 80%)
  • 아노다이징은 알루미늄 표면에 인위적으로 $Al_{2}O_{3}$ 산화 피막을 형성시켜 내식성을 높이고, 기공에 염료를 넣어 표면착색을 하는 표면 처리 공정입니다.
    형성된 $Al_{2}O_{3}$ 피막은 세라믹 성질을 가지므로, 재료 내부의 기계적 성질인 인장강도를 향상시키는 것과는 무관합니다.
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93. 연마 시 나타나는 결함에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 가벼운 연마 균열의 형상은 구갑상이다.
  2. 연마균열을 방지하려면 반드시 뜨임처리를 해야한다.
  3. 연마균열에는 제1종 연마 균열과 제2종 연마 균열이 있다.
  4. 연마균열은 잔류오스테나이트가 많은 부품을 그라인더로 연삭할 때 나타난다.
(정답률: 66%)
  • 연마 균열은 연삭 가공 시 발생하는 열과 응력으로 인해 발생하며, 가벼운 연마 균열의 형상은 구갑상이 아니라 일반적으로 미세한 선형 또는 망상 형태를 띱니다.

    오답 노트
    뜨임처리: 연마 균열 방지를 위한 필수 열처리 공정임
    제1종/제2종: 연마 균열의 분류 체계가 맞음
    잔류오스테나이트: 변태 응력으로 인해 연마 균열의 원인이 됨
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94. 다음 중 진공증착에 의한 피막제품이 아닌 것은?

  1. 선글라스상의 코팅
  2. 감광막 코팅
  3. 반사방지용 코팅
  4. 플라스틱상의장식 코팅
(정답률: 65%)
  • 진공증착은 진공 상태에서 물질을 기화시켜 표면에 얇은 막을 입히는 공정으로, 주로 광학적 특성이나 장식적 목적의 코팅에 사용됩니다.
    감광막 코팅은 액체 상태의 감광액을 회전시켜 도포하는 스핀 코팅(Spin Coating) 방식을 주로 사용하므로 진공증착 방식이 아닙니다.
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95. 투과전자현미경을 사용하여 필름상에 얻은 특정 면상의 회절점들로부터 그 간격을 측정하여 면간거리를 구하고 자한다. 회절점의 사이의 거리(간격)에 미치는 영향을 옳게 설명한 것은?

  1. Bragg 각도가 클수록 회절점의 사이의 거리는 작아진다.
  2. 특정 면의 면간거리가 클수록 회전전의 사이의 거리도 커진다.
  3. 전자빔의 파장이 클수록회절점의 사이의 거리도 커진다.
  4. 시편과 필름사이의 거리가 클수록 회절점의 사이의 거리는 작아진다.
(정답률: 55%)
  • 투과전자현미경(TEM)의 회절 패턴에서 회절점 사이의 거리 $R$은 전자빔의 파장 $\lambda$와 시편-필름 간 거리 $L$에 비례하고, 면간거리 $d$에 반비례하는 관계를 가집니다.
    따라서 전자빔의 파장이 클수록 회절점의 사이의 거리도 커지게 됩니다.

    오답 노트
    Bragg 각도가 클수록: 회절점 거리는 커짐
    면간거리가 클수록: 회절점 거리는 작아짐
    시편-필름 거리가 클수록: 회절점 거리는 커짐
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96. 강의 담금질성을 판단하는 방법이 아닌 것은?

  1. 염수분무시험에 의한 방법
  2. 조미니시험에 의한 방법
  3. 임계직경에 의한 방법
  4. 임계냉각속도를 사용하는 방법
(정답률: 66%)
  • 강의 담금질성은 냉각 속도와 조직 변화의 관계를 나타내는 조미니 시험, 임계직경, 임계냉각속도 등을 통해 판단합니다.

    오답 노트
    염수분무시험: 재료의 내식성을 평가하는 시험법
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97. Cr계 스테인리스강의 취화 현상에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. σ 취성을 방지하는 원소는 Al이다.
  2. 저온취성은 주로 오스테나이트계 강에서 나타난다.
  3. σ 취성은 800°C 이상으로 가열하여 급냉하면 인성이 회복된다.
  4. 475°C 취성은 Cr 15% 이상의 강종을 370~540°C 로 장시간 가열하면 취하는 현상이다.
(정답률: 56%)
  • 저온취성은 주로 페라이트계(페라이트-마르텐사이트계) 스테인리스강에서 나타나며, 오스테나이트계 강은 저온에서도 인성이 우수하여 저온취성이 거의 발생하지 않습니다.
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98. 화학증착(CVD-Chemical Vapor Deposition) 법을 옳게 설명한 것은?

  1. 피복하고자하는 금속을 증발하여 이온화시켜 피복한다.
  2. 타겟(target) 재료의 원자를 스퍼터(Sputter) 시켜 마주보는 기판위에 피복한다.
  3. 금속용액에 기판을 침지하여 화학적으로 치환 도금 한 것이다.
  4. 가열된 소재에 피복하고 자하는 피막성분을 포함한 원료의 혼합가스를 접촉시켜 증착한다.
(정답률: 75%)
  • 화학증착(CVD)은 가열된 기판 위에 화학 반응을 일으키는 혼합 가스를 접촉시켜 고체 막을 형성하는 증착 방식입니다.

    오답 노트
    금속 증발 및 이온화: PVD(물리적 증착)의 일종
    타겟 원자 스퍼터링: 스퍼터링(Sputtering) 방식
    금속용액 침지 치환: 무전해 도금 방식
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99. 다음 중 파카라이징에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 철강의 방청법으로 사용된다.
  2. 피막은 밀착성 금속 인산염이다.
  3. 촉진제로 구리염을 사용하는 방법이다.
  4. 방법에는 처리액을 분사하는 스프레이법이 있다.
(정답률: 65%)
  • 파카라이징은 철강 표면에 인산염 피막을 형성하는 방청법으로, 촉진제로 구리염이 아닌 니켈염이나 망간염 등을 사용합니다.
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100. 1기압에 해당 되지 않는 것은?

  1. 760torr
  2. 76cmHg
  3. 760mmHg
  4. 1013Pa
(정답률: 82%)
  • 표준 대기압(1 atm)의 정의와 단위 환산 관계를 묻는 문제입니다.
    1기압은 $760\text{ torr} = 76\text{ cmHg} = 760\text{ mmHg} = 101,325\text{ Pa}$ 입니다.

    오답 노트
    1013Pa: 약 101,325Pa가 되어야 하므로 값이 틀렸습니다.
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