금속재료기사 필기 기출문제복원 (2013-06-02)

금속재료기사 2013-06-02 필기 기출문제 해설

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금속재료기사
(2013-06-02 기출문제)

목록

1과목: 금속조직학

1. 순철에서 체심입방정에서 면심입방정으로 변태하는 것을 무엇이라 하는가?

  1. 자기변태
  2. 상온변태
  3. 고온변태
  4. 동소변태
(정답률: 96%)
  • 한 원소가 온도나 압력의 변화에 따라 결정 구조가 변하는 현상을 동소변태라고 합니다. 순철이 체심입방정($\alpha$-철)에서 면심입방정($\gamma$-철)으로 변하는 것이 대표적인 예입니다.
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2. 금속의 구조에 민감한 성질과 관계되는 것은?

  1. 비열
  2. 탄성계수
  3. 전기전도도
  4. 열팽창계수
(정답률: 73%)
  • 전기전도도는 금속 내의 전자 이동에 영향을 주는 격자 결함, 불순물, 결정 구조 등 금속의 미세 구조 변화에 매우 민감하게 반응하는 성질입니다.
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3. 격자 결함 중 면 결함에 해당되는 것은?

  1. 원자공공
  2. 적층 결함
  3. 프렌켈 결함
  4. 격자간 원자
(정답률: 93%)
  • 결정 격자의 결함 차원을 구분하는 문제입니다. 적층 결함은 원자 층의 배열 순서가 어긋난 면 결함(2차원 결함)에 해당합니다.

    오답 노트
    원자공공, 프렌켈 결함, 격자간 원자: 점 결함(0차원 결함)
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4. 면심입방격자인 금속이 응고할 때 결정이 성장하는 우선 방향은?

  1. [100]
  2. [001]
  3. [121]
  4. [111]
(정답률: 79%)
  • 면심입방격자(FCC) 구조의 금속이 응고할 때, 결정은 원자 충진 밀도가 낮은 방향인 [100] 방향으로 우선 성장하는 특성이 있습니다.
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5. 다음 중 재결정(Recrystallization)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 재결정은 핵생성 및 성장과정이다.
  2. 핵생성속도가 작고 핵성장속도가 크면 결정립이 크게 성장한다.
  3. 핵생성속도가 크고 핵성장속도가 작으면 미세한 결정립이 된다.
  4. 고순도의 금속일수록 재결정화가 어렵기 때문에 고온 풀림처리를 해야 한다.
(정답률: 87%)
  • 재결정은 가공 경화된 금속에서 새로운 결정립이 핵을 생성하고 성장하는 과정입니다. 금속의 순도가 높을수록 격자 결함이 적어 재결정 핵 생성과 성장이 더 쉽게 일어나므로, 재결정 온도가 낮아져 재결정화가 더 쉬워집니다.
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6. 확산계수(d)의 단위로 옳은 것은?

  1. cal/mole
  2. erg/cm2
  3. joule/atom
  4. cm2/sec
(정답률: 92%)
  • 확산계수 $D$는 물질이 단위 시간당 확산되는 면적의 개념을 가지며, 일반적으로 거리의 제곱을 시간으로 나눈 단위를 사용합니다.
    따라서 옳은 단위는 $\text{cm}^{2}/\text{sec}$ 입니다.
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7. 체심입방격자의 (100)면에서의 원자밀도는 얼마인가? (단, 단위격자 한변의 길이는 a이다.)

(정답률: 67%)
  • 체심입방격자(BCC)의 (100)면은 정사각형 형태이며, 면의 네 모서리에만 원자가 위치하고 중심 원자는 면 내부에 포함되지 않으므로 면심당 원자 수는 1개입니다.
    면밀도는 단위 면적당 원자 수로 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\text{면밀도} = \frac{\text{면 내 원자 수}}{\text{면의 넓이}}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\text{면밀도} = \frac{1}{a^{2}}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\text{면밀도} = \frac{1}{a^{2}}$$
    따라서 정답은 입니다.
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8. α와 β고용체를 가지는 2성분계의 공정온도에서 자유 에너지 곡선과 공통 접선이 만나는 점의 수는?

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 67%)
  • 2성분계 공정 반응에서는 액상($L$)과 두 가지 고상($\alpha, \beta$)이 평형을 이룹니다. 따라서 공정온도에서의 자유 에너지 곡선상에서 액상 곡선과 두 고상 곡선($\alpha, \beta$)을 동시에 잇는 하나의 공통 접선이 형성되며, 이 접선이 세 곡선과 만나는 점의 수는 총 3개가 됩니다.
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9. 다음 중 강의 경화능에 영향을 미치는 요인이 아닌 것은?

  1. 전위의 밀도
  2. 합금의 양
  3. 탄소의 양
  4. 오스테나이트 입자의 크기
(정답률: 63%)
  • 강의 경화능은 냉각 속도를 늦추어 마르텐사이트 변태를 용이하게 하는 능력으로, 탄소량, 합금 원소량, 오스테나이트 결정립 크기에 의해 결정됩니다.

    오답 노트
    전위의 밀도: 가공 경화와 관련된 요인이며 경화능(Quenchability)과는 무관합니다.
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10. 금속 및 비금속의 열전도도가 큰 순서에서 작은 순서로 나열되어 있는 것은?

  1. Cu > Fe > Mg > Al
  2. Ag > Cu > Au > Al
  3. Au > Ag > Fe > Cu
  4. Cu > Au > Mg > Ag
(정답률: 75%)
  • 일반적인 금속의 열전도도 순서는 은(Ag)이 가장 높으며, 구리(Cu), 금(Au), 알루미늄(Al) 순으로 낮아집니다.
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11. 결정립 성장 중 결정립계가 구상( 球狀)의 제2상 입자를 만났을 때 일어나는 현상은?

  1. 결정립 성장은 입자의 영향을 받지 않는다
  2. 입자표면에서 결정립계를 끌어당기는 힘은 입자가 작을수록 크다.
  3. 결정립계 이동을 저지하는데 주는 영향은 입자의 크기가 작고 그 수가 많을수록 크다.
  4. 결정립계 이동을 저지하는데 주는 영향은 입자의 양이 많을수록 작다.
(정답률: 88%)
  • 제2상 입자가 결정립계의 이동을 방해하는 핀닝 효과(Pinning Effect)가 발생하며, 입자의 크기가 작고 그 수가 많을수록 결정립계 이동을 저지하는 효과가 더욱 커집니다.
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12. 합금을 주조 할 때 주형틀 벽체부터 응고가 시작되는 가장 타당한 이유는?

  1. 불순물의 영향때문
  2. 보다 큰 결정입자의 형성이 쉽기 때문
  3. 평형상태의 응고반응이 일어나기 때문
  4. 액체와 고체사이의 계면에너지를 줄일 수 있기 때문
(정답률: 84%)
  • 응고 시 주형 벽면은 냉각 속도가 가장 빨라 핵 생성의 유리한 조건이 되며, 이때 액체와 고체 사이의 계면에너지를 최소화하는 방향으로 응고가 시작되는 것이 에너지적으로 가장 안정하기 때문입니다.
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13. 다음 중 전율가용고용체 합금은 어느 것인가?

  1. Ni-Cu계
  2. Cu-Pb계
  3. Cd-Hg계
  4. Pb-Sn계
(정답률: 90%)
  • Ni-Cu계 합금은 모든 조성 범위에서 서로 완전히 고용되는 전율고용체(Complete Solid Solution)를 형성하는 대표적인 합금입니다.
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14. Fe-C 상태도에서 δ고용체+용액→γ고용체의 반응은?

  1. 석출경화
  2. 포정반응
  3. 공석반응
  4. 편정반응
(정답률: 86%)
  • 포정반응(Peritectic reaction)은 액상과 하나의 고상이 반응하여 새로운 다른 고상을 생성하는 반응입니다. Fe-C 상태도에서 $\delta$고용체와 액상이 반응하여 $\gamma$고용체가 되는 과정이 이에 해당합니다.
    $$\text{Liquid} + \delta \rightarrow \gamma$$
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15. 금속간 화합물의 특징에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 전기저항이 크다.
  2. 규칙-불규칙 변태가 잘 이루어진다.
  3. 복잡한 결정구조를 가지며 소성변형이 어렵다.
  4. 성분금속의 원자가 결정의 단위격자내에서 일정한 자리를 점유하고 있다.
(정답률: 78%)
  • 금속간 화합물은 성분 원자들이 결정 격자 내에서 정해진 위치를 점유하는 규칙 구조를 가지며, 결합력이 매우 강해 화학적으로 안정적입니다. 이로 인해 규칙-불규칙 변태가 쉽게 일어나지 않는 것이 특징입니다.
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16. 펄라이트(pearlite)생성에 따른 석출 기구를 순서대로 설명한 것 중 틀린 것은?

  1. γ-Fe 입계에 δ-Fe의 핵 발생
  2. Fe3C의 핵 성장
  3. Fe3C의 주위에 α-Fe 생성
  4. α-Fe이 생긴 입계에 Fe3C 생성
(정답률: 78%)
  • 펄라이트는 오스테나이트($\gamma$-Fe)가 냉각되면서 페라이트($\alpha$-Fe)와 시멘타이트($Fe_{3}C$)의 층상 구조로 변태되는 조직입니다. 따라서 $\gamma$-Fe 입계에서 $\delta$-Fe의 핵이 발생하는 과정은 펄라이트 생성 기구와 무관합니다.
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17. 다음 중 2차 재결정과 같은 과정은?

  1. 회복
  2. Ac1변태
  3. 핵의 생성
  4. 이상결정성장
(정답률: 78%)
  • 2차 재결정은 일반적인 재결정과 달리, 특정 결정립이 주변의 작은 결정립들을 흡수하며 비정상적으로 빠르게 성장하는 현상입니다. 따라서 이상결정성장과 같은 과정으로 봅니다.
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18. 금속의 면심입방격자에서 원자의 충전율(%)은?

  1. 58
  2. 68
  3. 74
  4. 84
(정답률: 87%)
  • 금속 결정 구조의 원자 충전율은 단위 격자 내 원자가 차지하는 부피의 비율을 의미합니다. 면심입방격자(FCC)와 조밀육방격자(HCP)는 가장 효율적인 충전 구조로 동일한 최대 충전율을 가집니다.

    오답 노트
    체심입방격자(BCC): $68\%$
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19. 규칙-불규칙 변태에서 격자가 완전히 규칙적일 때 의 장범위 규칙도(S)는 얼마인가?

  1. S = 0
  2. S = 0.5
  3. S = 1
  4. S = 2
(정답률: 90%)
  • 장범위 규칙도(S)는 격자의 규칙성을 나타내는 지표로, 원자들이 완전히 무작위로 배열된 불규칙 상태일 때는 $S = 0$, 격자가 완전히 규칙적으로 배열된 상태일 때는 $S = 1$의 값을 가집니다.
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20. 규칙-불규칙 전이에 대하여 옳게 설명한 것은?

  1. 규칙-불규칙 전이는 넓은 온도범위에 걸쳐 연속적으로 일어나는 협동현상의 일종이다.
  2. 규칙-불규칙 전이는 일정 온도범위에 걸쳐 불연속적으로 일어나는 협동현상의 일종이다.
  3. 규칙-불규칙 전이는 넓은 온도범위에 걸쳐 불연속적으로 일어나는 확산현상의 일종이다.
  4. 규칙-불규칙 전이는 일정 온도범위에 걸쳐 연속적으로 일어나는 확산현상의 일종이다.
(정답률: 64%)
  • 규칙-불규칙 전이는 원자들이 특정 위치에 규칙적으로 배열된 상태에서 온도가 상승함에 따라 무작위로 배열되는 현상으로, 넓은 온도 범위에 걸쳐 연속적으로 일어나는 협동현상의 일종입니다.
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2과목: 금속재료학

21. 일반구조용강에서 강도 40~45kgf/mm2의 C-Mn강이 변형시효경화를 일으키므로 가공을 피해야 하는 온도 범위(°C)는?

  1. 200 ~300
  2. 300 ~400
  3. 400 ~500
  4. 500 ~600
(정답률: 62%)
  • C-Mn강의 변형시효경화는 특정 온도 범위에서 가공 시 재료가 급격히 단단해지고 취성이 생기는 현상으로, 일반적으로 $200 \sim 300$°C 범위에서 발생하므로 이 온도 영역에서의 가공은 피해야 합니다.
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22. 탄소강에 Mn을 첨가하는 목적이 아닌 것은?

  1. 펄라이트를 미세화시킨다.
  2. 페라이트의 고용강화를 일으킨다.
  3. 강 중에 존재하는 S와 결합하여 MnS를 형성한다.
  4. 오스테나이트에서 퀜칭할 때 경화 깊이를 감소시킨다.
(정답률: 75%)
  • Mn(망간)은 펄라이트를 미세화하고 페라이트의 고용강화를 일으키며, 황(S)과 결합하여 MnS를 형성함으로써 황의 악영향을 제거합니다. 또한, 퀜칭 시 경화능을 향상시켜 경화 깊이를 증가시키는 역할을 합니다.
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23. 동계 베어링합금에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 켈밋(kelmet)은 Cu-Pb계 합금이다.
  2. Cu-Pb계 베어링은 내소착성이 좋다.
  3. 저속저하중용 베어링에 사용된다.
  4. Cu-Pb계 합금은 Pb가 편석하기 쉽다.
(정답률: 78%)
  • Cu-Pb계 베어링 합금은 내소착성이 좋고 강도가 높아 주로 고속고하중용 베어링에 사용됩니다.
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24. 콘스탄탄(constantan)에 관한 설명으로 옳은 것은?

  1. 열전대선으로 사용된다.
  2. 구리에 60~70% Ni을 첨가한 합금이다.
  3. 전기저항은 낮고 온도계수가 높은 합금이다.
  4. Cu, Fe, Pt에 대한 열기전력 값이 낮다.
(정답률: 66%)
  • 콘스탄탄은 $Cu$와 $Ni$의 합금으로, 전기저항이 높고 온도계수가 매우 낮아 온도 변화에 따른 저항 변화가 적기 때문에 열전대선으로 사용됩니다.

    오답 노트
    조성: $Cu$ $55\sim60\%$, $Ni$ $40\sim45\%$ 합금
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25. 텅스텐계 고속도공구강의 대표적인 조성으로 옳은 것은?

  1. 18%W - 4%Cr - 1%V
  2. 18%Mo - 4%Cr - 1%Mn
  3. 18%W - 4%Mo - 1%V
  4. 18%Mo - 4%W - 1%Cr
(정답률: 81%)
  • 텅스텐계 고속도공구강의 가장 대표적인 조성은 $18\%W - 4\%Cr - 1\%V$ 입니다.
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26. 지르코늄(Zr)의 특성에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 비중6.5, 융점1852°C이며, 내식성이우수하다.
  2. 비중9.0, 융점1083°C이며, 전기저항이작다.
  3. 비중2.7, 융점660°C이며, 가공성이양호하다.
  4. 비중7.1, 융점420°C이며, 경도가높다.
(정답률: 82%)
  • 지르코늄(Zr)은 비중이 약 $6.5$, 융점이 $1852^{\circ}C$이며, 특히 부식에 강한 내식성이 매우 우수한 금속입니다.
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27. 다음 중 강인강에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 강인강은 탄소강에 Ni, Cr, Mo, W, V, Ti, Zr 등을 첨가한 강이다.
  2. 뜨임에 의해 인성이 증가되는 합금강은 0.25%~0.05% C강에 Ni, Cr, Mo을 첨가한 것이다.
  3. Ni-Cr-Mo 강에 Mo은 담금질 질량 효과를 증가시키며 뜨임취성을 촉진시킨다.
  4. 흑연강은 강 중의 탄소를 흑연상태로 만들어 절삭성과 윤활성을 개선한 것이다.
(정답률: 74%)
  • Mo(몰리브덴)은 담금질 질량 효과를 증가시키는 것은 맞으나, 뜨임취성을 억제하는 성질을 가지고 있습니다.

    오답 노트
    흑연강: 탄소를 흑연화하여 절삭성과 윤활성을 높인 강
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28. 기계적 강도, 열적특성 및 내식성 등을 충분히 향상시켜 하중을 지탱하고 열등에 견뎌야하는 구조물 또는 그 부품에 사용하는 파인세라믹스는?

  1. 바이오 세라믹스(bioceramics)
  2. 엔지니어링 세라믹스(engineeringceramics)
  3. 일렉트로닉 세라믹스(electronic ceramics)
  4. 트레디셔널 세라믹스(traditionalceramics)
(정답률: 92%)
  • 용도에 따른 파인세라믹스의 분류 문제입니다. 기계적 강도, 내열성, 내식성 등 구조적 성능을 극대화하여 산업 부품에 사용하는 세라믹스는 엔지니어링 세라믹스입니다.
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29. 초경합금 구를 사용한 경도 보고서에 600HBW 1/ 30 /20이라고 적혀있을 때 각각의 의미를 설명한 것 중 틀린 것은?

  1. 600은 브리넬경도 값이 600을 의미한다.
  2. 1은 구의 체적이 10㎣임을 의미한다.
  3. 30은 시험하중이 30kgf를 의미한다.
  4. 20은 누르개를 이용하여 20초 동안시험편을 누르는 시간을 의미한다.
(정답률: 81%)
  • 브리넬 경도 시험의 표기법(HBW D P t)을 해석하는 문제입니다. 표기 순서는 경도값, 압자의 지름, 시험하중, 유지시간 순입니다.

    오답 노트
    1은 구의 체적이 아니라 압자(구)의 지름이 $1\text{mm}$임을 의미합니다.
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30. 고강도 알루미늄합금에서 두랄루민과 초초두랄루민계는 어느 계통의 합금인가?

  1. Al - Cu - Mg 계, Al - Zn - Mg계
  2. Al - Fe - Mn 계, Al - Si - Mg계
  3. Al – Mn - Co 계, Al - Mn - Sn 계
  4. Al - Mg - Sn 계, Al - Cu - Ni계
(정답률: 86%)
  • 알루미늄 합금의 계통 분류 문제입니다. 두랄루민은 Al-Cu-Mg 계통이며, 초초두랄루민은 Al-Zn-Mg-Cu 계통의 합금으로 분류됩니다.
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31. 다음의 강 중 탄소(C)의 양이 가장 많은 것은?

  1. 연강
  2. 경강
  3. 공정주철
  4. 탄소공구강
(정답률: 73%)
  • 강과 주철의 탄소 함유량 차이를 묻는 문제입니다. 일반적으로 탄소 함유량이 연강 < 경강 < 탄소공구강 < 주철 순으로 증가하며, 공정주철은 주철의 일종으로 제시된 보기 중 탄소 함유량이 가장 많습니다.
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32. 초전도재료의 어떤 성질이 자기부상열차에 이용되는가?

  1. 반도체적 특성
  2. 마이스너 효과
  3. 암페르 법칙
  4. 전류제로 효과
(정답률: 88%)
  • 초전도체가 외부 자기장을 밀어내어 내부 자기장을 0으로 만드는 마이스너 효과(Meissner effect)를 이용하면 자석 위에 떠 있는 자기부상열차를 구현할 수 있습니다.
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33. 펄라이트와 미세한 흑연의 현미경 조직을 가지며 인장강도 245MPa(25kgf/mm2) 이상의 고급주철을 만드는 여러 공법중에서 Fe-Si, Ca-Si 등 흑연 핵의 생성을 촉진시키는 접종처리를 이용하는 공법은?

  1. 란쯔법 (Lanzprocess)
  2. 에멜법 (Emmelprocess)
  3. 코오살리법 (Corsalliprocess)
  4. 미이한법 (Meehanprocess)
(정답률: 71%)
  • 미이한법 (Meehanprocess)은 Fe-Si, Ca-Si 등의 접종제를 사용하여 흑연 핵의 생성을 촉진함으로써 펄라이트와 미세 흑연 조직을 가진 고급 주철을 제조하는 공법입니다.
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34. 마텐자이트(martensite)의 경도가 큰 이유 중 틀린 것은?

  1. 결정의 미세화
  2. 급냉으로 인한 내부 응력
  3. 확산변태에 의한 Fe격자의 약화
  4. 탄소원자에 의한 Fe격자의 강화
(정답률: 82%)
  • 마텐자이트 변태는 원자의 확산 없이 빠르게 일어나는 무확산 변태입니다. 따라서 확산변태에 의해 격자가 약화된다는 설명은 틀린 내용입니다.
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35. 정련동을 환원성 분위기 중에서 가열할 경우 미소 기포를 형성하거나 Haircrack을 일으키는 현상은?

  1. 고온 취성
  2. 상온 취성
  3. 수소 취성
  4. 뜨임 취성
(정답률: 75%)
  • 정련동을 환원성 분위기에서 가열할 때 수소가 침투하여 내부에서 수증기압을 형성함으로써 미소 기포나 Haircrack을 유발하는 현상을 수소 취성이라고 합니다.
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36. 마레이징(maraging)강의 특징을 설명한 것으로 옳은 것은?

  1. 마레이징강은 탄소함량이 대단히 높다.
  2. 치환될 원소를 사용하여 Fe-Cr 마텐자이트에서 가공경화를 일으킨다.
  3. 18% Mn 과 Co, Mo 및 Ce을 첨가한 마레이징강은 초고강도구조용 강으로 개발되었다.
  4. Ni 함량이 높기때문에 오스테나이트온도에서 냉각하면 마텐자이트로 변태한다.
(정답률: 63%)
  • 마레이징강은 Ni 함량이 매우 높아 오스테나이트 온도에서 냉각 시 마텐자이트로 변태하며, 이후 시효 처리를 통해 석출 경화시켜 초고강도를 얻는 강재입니다.

    오답 노트
    탄소함량이 대단히 높다: 탄소 함량을 극히 낮게 유지하는 것이 특징입니다.
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37. 내해수성이 좋고 수압이나 증기압에도 잘견디므로 선박용 재료등에 사용되는 실용 주석 청동은?

  1. 문쯔메탈
  2. 퍼멀로이
  3. 하스텔로이
  4. 애드미럴티 건 메탈
(정답률: 84%)
  • 애드미럴티 건 메탈은 내해수성이 뛰어나고 수압 및 증기압에 강해 선박의 응축기, 해수 냉각관 등 선박용 재료로 널리 사용되는 주석 청동의 일종입니다.
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38. 다음 중 저온과 고압에 사용되는 저온용 강재가 구비해야 할 조건을 설명한 것으로 틀린 것은?

  1. 용접성이 좋을 것
  2. 항복점이 낮을 것
  3. 가공성이 좋을 것
  4. 내충격성이 좋을 것
(정답률: 87%)
  • 저온용 강재는 극한 환경에서도 구조적 안정성을 유지해야 하므로, 항복점이 낮기보다는 충분한 강도와 내충격성, 용접성 및 가공성을 갖추어야 합니다.
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39. 18-8 스테인리스강의 오스테나이트 결정입계에 석출하여 입계부식(intergranularcorrosion) 일으키는 원인이 되는 것은?

  1. 황화물 입자
  2. 탄화물 입자
  3. 산화물 입자
  4. 질화물 입자
(정답률: 69%)
  • 18-8 스테인리스강의 결정입계에 크롬 탄화물 입자가 석출되면 주변의 크롬 농도가 낮아져 내식성이 저하되고, 이로 인해 입계부식이 발생합니다.
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40. 다음 중 금속 초미립자의 특성을 설명한 것으로 틀린 것은?

  1. 저온에서 열저항이 매우 작아 열의 부도체이다.
  2. Cr계 합금 초미립자는 빛을 잘 흡수한다.
  3. 표면장력이 크므로 내부에 수십 기압의 높은 압력이 발생한다.
  4. Fe계 합금 초미립자는 금속덩어리보다 자성이 강하므로 자성재료로 이용된다.
(정답률: 70%)
  • 금속 초미립자는 저온에서 열저항이 매우 작기 때문에 열의 부도체가 아니라 열의 양도체(전도체)로서 성질을 갖습니다.
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3과목: 야금공학

41. 노외제련법 중 진공장치 또는 진공설비를 이용하는 제련법이 아닌 것은?

  1. LF법
  2. VOD법
  3. VAD법
  4. ASEA-SKF법
(정답률: 87%)
  • VOD, VAD, ASEA-SKF법은 모두 진공(Vacuum) 상태를 이용하여 불순물을 제거하는 정련법이지만, LF법(Ladle Furnace)은 아크 가열을 통해 성분을 조정하는 용탕 정련법으로 진공 설비를 이용하지 않습니다.
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42. 깁스-듀헴식(Gibbs-Duhem equation)은 어떤 경우에 쓰여지는가?

  1. 직접 자유에너지를 구할 수 있다.
  2. 직접 활동도를 계산할 수 있다.
  3. 활동도계수를 바로 계산한다.
  4. 두성분으로 된 용액에서 한 성분에 대한 열역학적 인 양을 알면 다른 성분에 대한 양을 계산한다.
(정답률: 81%)
  • 깁스-듀헴 식은 혼합물 내 성분들의 화학 퍼텐셜(또는 활동도) 변화 사이의 관계를 나타내는 식으로, 두 성분으로 된 용액에서 한 성분의 열역학적 성질을 알면 다른 성분의 성질을 유도할 수 있게 해줍니다.
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43. 1mole의 이상기체가 등온하에서 처음부피의 두배로 팽창했다면 엔트로피(ΔS)양 (J/mol∙K)은 얼마인가?

  1. 5.7631
  2. 6.6107
  3. 7.4475
  4. 8.2843
(정답률: 65%)
  • 이상기체의 등온 팽창 시 엔트로피 변화량은 부피 변화비의 자연로그 값에 기체 상수를 곱하여 구합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta S = nR \ln \frac{V_2}{V_1}$
    ② [숫자 대입] $\Delta S = 1 \times 8.314 \times \ln 2$
    ③ [최종 결과] $\Delta S = 5.7631$
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44. 25°C에서 10L의 이상기체를 1.5L까지 등온 가역적으로 압축하였을 때 주위로부터 9400J의 일을 받았다. 이 이상 기체는 약 몇 mol인가?

  1. 0.48
  2. 2
  3. 23.8
  4. 613
(정답률: 68%)
  • 등온 가역 압축 과정에서 기체가 받은 일의 양을 이용하여 몰수를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $W = nRT \ln \frac{V_1}{V_2}$
    ② [숫자 대입] $9400 = n \times 8.314 \times 298.15 \times \ln \frac{1.5}{10}$
    ③ [최종 결과] $n = 2$
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45. 어떤 계의 변화에서 표준 깁스자유에너지의 변화 ΔG°는?

  1. 압력의함수
  2. 활동도의함수
  3. 온도의함수
  4. 활동도계수의함수
(정답률: 68%)
  • 표준 깁스 자유 에너지 변화 $\Delta G^\circ$는 표준 상태(압력 $1\text{ atm}$, 농도 $1\text{ M}$)에서의 값으로, 표준 상태의 정의상 압력이나 활동도와는 무관하며 오직 온도의 함수로만 결정됩니다.
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46. 강의 탈인(P)을 촉진하기 위한 조건이 아닌 것은?

  1. 염기도가 높아야 한다.
  2. 강욕온도가 낮아야 한다.
  3. 산화성 분위기를 유지해야 한다.
  4. 강재 중의 P2O5의 성분이 높아야 한다.
(정답률: 77%)
  • 강의 탈인 반응은 $P_2O_5$가 슬래그로 제거되는 과정입니다. 화학 평형 원리에 따라 강재 내의 $P_2O_5$ 농도가 높으면 역반응이 촉진되어 탈인 효율이 떨어지므로, 탈인을 촉진하려면 $P_2O_5$ 성분을 낮게 유지해야 합니다.
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47. 다음 열역학의 기본식 중 틀린 것은? (단, A : Helmholtz 자유에너지, G : Gibbs 자유에너지, E :내부에너지이다.)

  1. dE=TdS-PdV+∑μidni
  2. dG=SdT-VdP+∑μidni
  3. dA=-SdT-PdV+∑μidni
  4. dH=TdS+VdP+∑μidni
(정답률: 56%)
  • Gibbs 자유에너지의 기본식은 온도와 압력의 변화, 그리고 성분 변화에 따른 에너지 변화를 나타내며, 압력 항의 부호는 마이너스($-$)가 맞지만 온도 항의 부호는 마이너스($-$)여야 합니다.

    오답 노트
    dG=SdT-VdP+∑μi dni: $SdT$가 아니라 $-SdT$가 되어야 올바른 식입니다.
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48. 1606°C 에서 액체 Fe 중에 N2기체의 용해도는 PN2=1atm일 때 0.045wt%이다. 이온도에서 PN2=0.16atm일 때 N2의 용해도는 몇 wt%인가? (단, N2의 용해도는 Sievert's law 에 따른다.)

  1. 0.072
  2. 0.014
  3. 0.018
  4. 0.028
(정답률: 52%)
  • 기체 성분이 액체 금속에 용해되는 양은 분압의 제곱근에 비례한다는 Sievert's law를 적용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $[N] = K \sqrt{P_{N2}}$
    ② [숫자 대입] $[N] = 0.045 \times \sqrt{\frac{0.16}{1}}$
    ③ [최종 결과] $[N] = 0.018$
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49. 다음 중 염기성 내화물에 해당되는 것은?

  1. 규석연와
  2. 납석연와
  3. 샤모트연와
  4. 돌로마이트연와
(정답률: 85%)
  • 내화물은 화학적 성질에 따라 산성, 염기성, 중성으로 나뉩니다. 돌로마이트연와는 $MgO$와 $CaO$ 성분을 포함하고 있어 대표적인 염기성 내화물에 해당합니다.

    오답 노트
    규석연와, 납석연와, 샤모트연와: 산성 또는 중성 내화물
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50. 용융 연화점이 약 1580°C인 내화물은 제게르추 번호로 몇 번인가?

  1. SK26
  2. SK30
  3. SK33
  4. SK39
(정답률: 78%)
  • 제게르 콘(Seger cone) 번호는 내화물의 연화점을 나타내는 표준 지표입니다. SK 26번의 연화점은 약 $1580^{\circ}\text{C}$에 해당합니다.
    따라서 용융 연화점이 약 $1580^{\circ}\text{C}$인 내화물은 SK 26입니다.
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51. 습식 제련에서 침출속도에 미치는 영향을 설명한 것 중 틀린 것은?

  1. 침출속도는 온도가 높을수록 커진다.
  2. 침출속도는 침출제의 농도가 증가하는데 따라 증가한다.
  3. 광립이 커질수록 표면적이 작아지므로 침출속도는 저하한다.
  4. 유공성의 경우 불용성 반응물질이 침출 할 때 발생하면 침출속도는 증가한다.
(정답률: 57%)
  • 침출 속도는 반응 표면적과 온도, 농도에 비례하여 증가합니다. 하지만 유공성(porous) 물질의 경우, 침출 과정에서 불용성 반응 생성물이 생성되어 기공을 막게 되면 반응물의 확산이 방해받아 침출 속도가 오히려 저하됩니다.
    따라서 유공성의 경우 불용성 반응물질이 침출 할 때 발생하면 침출속도는 증가한다는 설명은 틀린 내용입니다.
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52. QSL 연제련법의 특징을 설명한 것 중 틀린 것은?

  1. QSL로에서는 산화, 환원반응이 동시에 일어난다.
  2. 장입되는 원료의 품위, 수분함량 등에 민감하므로 항상 품위는 높고, 수분이 없게 건조하여 사용한다.
  3. QSL로에서의 각종 반응시 발생하는 발생열로 열원을 공급하며, 특별한 경우를 제외하고는 추가로 열 원공급이 불필요하다.
  4. 장입된 원료가 밀폐된 QSL로에서 반응하고, 또한 발생되는 가스는 밀폐된 연진 등을 통하여 전량 후 속공정으로 보내진다.
(정답률: 63%)
  • QSL 연제련법은 원료의 품위나 수분 함량에 관계없이 유연하게 사용할 수 있는 것이 큰 특징입니다.
    따라서 장입되는 원료의 품위, 수분함량 등에 민감하여 항상 품위가 높고 수분이 없게 건조하여 사용해야 한다는 설명은 틀린 내용입니다.
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53. 두 상 사이에 평형이 유지되기 위한 온도 변화와 압력변화 사이의 클라우시우스-클레페이론 관계식은?

(정답률: 74%)
  • 클라우시우스-클레페이론 관계식은 상평형 상태에서 온도 변화에 따른 증기압의 변화를 나타내는 식입니다. 온도 $T$에서 상변화 엔탈피 $\Delta H$와 부피 변화 $\Delta V$의 관계를 통해 압력 변화율을 정의합니다.
    따라서 정답은 이며, 이를 수식으로 나타내면 다음과 같습니다.
    $$( \frac{dP}{dT} ) = \frac{\Delta H}{T\Delta V}$$
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54. 반데르발스 식 (vanderWaalsequation)은 1mol에 대하여 다음과 같이 표현된다. 여기서 P=압력, V=부피, R=기체상수, T=절대온도, a 및 b=기체에 따라 달라지는 상수이다. n몰에 대한식으로 옳은 것은?

(정답률: 74%)
  • 반데르발스 상태 방정식은 실제 기체의 분자 간 인력과 분자 자체의 부피를 보정한 식입니다. $1\text{mol}$ 기준 식에서 $n\text{mol}$로 확장할 때, 압력 보정항의 분자는 $n^{2}a$가 되고, 부피 보정항은 $nb$가 되며, 우변의 기체 상수 항은 $nRT$가 됩니다.
    따라서 정답은 이며, 이를 수식으로 나타내면 다음과 같습니다.
    $$( P + \frac{n^{2}a}{V^{2}} )(V - nb) = nRT$$
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55. 주어진 온도의 전 조성 범위에서 용액상이 안정하다면 두 금속으로 이루어진 A-B 용액의 다음 열역 학적인 성질에서 틀린 것은?

  1. 활동도는 항상 1보다 작다.
  2. 순수 성분B 보다 용액 내 B 성분이 산화가 잘 안된다.
  3. 혼합 자유에너지(△Gmix)는전조성범위에걸쳐아래로볼록하다.
  4. 용액내에 XA=0에 가까운 조성에서 B의 분몰자유에너지 값은 0(zero)이다
(정답률: 53%)
  • 전 조성 범위에서 용액상이 안정하다는 것은 혼합 자유에너지가 아래로 볼록하며 계가 균일함을 의미합니다.
    분몰자유에너지는 순수 성분의 화학 퍼텐셜을 기준으로 정의되므로, $X_{A}=0$ (순수 B 상태)에 가까운 조성에서 B의 분몰자유에너지 값은 0이 아니라 순수 성분 B의 화학 퍼텐셜 값을 갖게 됩니다.
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56. 다음의 표현중에서 열역학적 평형을 나타내는 것이 아닌 것은?

  1. 온도구배가 시간에 따라 변화하지 않는다.
  2. 엔트로피가 최대값이다.
  3. 내부에너지의 변화가 없다.
  4. 자유에너지의 변화가 없다.
(정답률: 60%)
  • 열역학적 평형 상태는 계의 거시적인 성질이 시간에 따라 변하지 않고, 엔트로피가 최대가 되며, 자유에너지 및 내부에너지의 변화가 없는 상태를 말합니다.

    오답 노트
    온도구배가 시간에 따라 변화하지 않는 것은 '정상 상태(Steady State)'에 대한 설명이며, 이는 반드시 열역학적 평형 상태를 의미하는 것은 아닙니다.
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57. 제선 조업 시 로정 가스의 로황을 판단하는데 주로 이용되는 것은?

  1. CO/N2
  2. CO/CO2
  3. CO2/N2
  4. CO/H2
(정답률: 72%)
  • 제선 조업에서 로정 가스의 CO와 CO$_{2}$의 비율인 CO/CO$_{2}$ 비는 노 내의 환원 분위기와 환원력을 판단하는 핵심 지표로 사용됩니다. 이를 통해 로황의 상태와 조업 효율을 분석합니다.
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58. 다음 반응은 500K에서 B(g)와 AB(g)의 분압이 PB(g)=0.2기압, PAB(g)=0.8기압에서 평형을 이룬다. A(s)+B(g)=AB(g), 500K에서 고체A(s) 위에 부피비로, 20%B(g), 20%AB(g), 60%아르곤의 혼합가스를 통과시키면 어느 방향으로 반응이 진행되는가?

  1. 정방향
  2. 역방향
  3. 알 수 없다.
  4. 평형상태로 유지된다.
(정답률: 77%)
  • 평형 상수 $K_{p}$는 $$\frac{P_{AB}}{P_{B}}$$ 로 정의됩니다. 평형 상태의 값은 $\frac{0.8}{0.2} = 4$ 입니다.
    현재 혼합가스의 반응지수 $Q$는 $\frac{0.2}{0.2} = 1$ 입니다.
    $Q < K_{p}$ (1 < 4) 이므로, 시스템은 평형에 도달하기 위해 $Q$ 값을 증가시키는 방향, 즉 생성물인 AB(g)가 많아지는 정방향으로 반응이 진행됩니다.
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59. 리차드법칙에 의하면 금속의 분자 융해열과용융점 간에 가 일정범위의 값을 갖을 때의 의미로 옳은 것은?

  1. 금속의 종류에 관계없이 융해열이 일정하다.
  2. 원자량 또는 분자량이 크면 융해열이 많이 필요하다.
  3. 용융점이 높은 금속일수록 많은 융해열이 필요하다.
  4. 상태의 변화에는 금속에 관계없이 일정량의 열이 필요하다.
(정답률: 86%)
  • 리차드 법칙은 금속의 분자 융해열($\Delta H_{m}$)을 용융점($T_{m}$)으로 나눈 값인 $$\frac{\Delta H_{m}}{T_{m}}$$ 이 일정 범위의 값을 갖는다는 법칙입니다. 이는 융해열과 용융점이 비례 관계에 있음을 의미하므로, 용융점이 높은 금속일수록 이를 녹이기 위해 더 많은 융해열이 필요하게 됩니다.
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60. 반데르발스 기체는 이상기체 특징의 일부분을 수정한기체이다. 반데르발스 기체의 특징으로 옳은 것은?

  1. 부피와 상호작용력이 없다.
  2. 분자간 상호작용력은 있다.
  3. 압력이 증가하여도 액화가 되지 않는다.
  4. 기체 입자의 부피는 이상기체와 같이 없다.
(정답률: 76%)
  • 반데르발스 기체는 이상기체의 가정을 수정하여 실제 기체의 거동을 설명한 모델로, 분자 자체의 부피가 존재하며 분자 간에 서로 끌어당기는 상호작용력이 있다고 간주합니다.

    오답 노트
    부피와 상호작용력 없다: 이상기체의 특징
    액화가 되지 않는다: 상호작용력이 있으므로 압력/온도 조건에 따라 액화 가능
    입자의 부피가 없다: 이상기체의 특징
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4과목: 금속가공학

61. 완전전위의 Burgersvector를 b라 하고 그 부분전 위의 Burgersvector를 각각b1 ,b2라고 하면 완전 전위가 부분전위로 나누어지는 조건은?

  1. b2 ＜ b21 + b22
  2. b2 ＞ b21+b22
  3. b ＜ b1+b2
  4. b ＞ b1+b2
(정답률: 73%)
  • 전위의 에너지는 Burgers vector의 제곱에 비례합니다. 완전 전위가 두 개의 부분 전위로 분리되기 위해서는 분리 후의 전체 에너지 합이 분리 전의 에너지보다 작아야 에너지가 낮아지는 방향으로 반응이 일어납니다.
    따라서 조건은 다음과 같습니다.
    $$b^{2} > b_{1}^{2} + b_{2}^{2}$$
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62. 금속의 강화방법 중 고온에서 유효도가 좋은 것은?

  1. 가공강화
  2. 석출강화
  3. 이물질분산강화
  4. 마텐자이트강화
(정답률: 61%)
  • 이물질분산강화는 고온에서도 입자가 응집되거나 조대화되지 않고 전위의 이동을 효과적으로 방해하므로 고온 강도 유지에 가장 유리합니다.

    오답 노트
    가공강화: 고온에서 회복 및 재결정으로 인해 효과 상실
    석출강화: 고온에서 석출물이 조대화되어 강도 저하
    마텐자이트강화: 고온에서 템퍼링(뜨임) 현상으로 인해 강도 감소
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63. 충격 시험에 관한 설명 중 틀린 것은?

  1. 취성재료일수록 충격 에너지의 값이 크다.
  2. 샤르피형 충격시험기가 있다.
  3. 동적 하중에 대한 시험이다.
  4. 충격 시험편에는 노치가 있다.
(정답률: 85%)
  • 충격 시험은 재료의 인성과 취성을 평가하는 시험으로, 취성 재료는 에너지를 거의 흡수하지 못하고 파괴되므로 충격 에너지 값이 매우 작습니다.

    오답 노트
    샤르피형 충격시험기: 대표적인 충격 시험 장치
    동적 하중: 짧은 시간에 큰 힘을 가하는 시험 특성
    노치: 응력 집중을 유도하여 파괴를 촉진하는 홈
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64. 다음 중 소성가공 범주에 해당되지 않는 가공 방법은?

  1. 피어싱
  2. 드로잉
  3. 다이캐스팅
  4. 직접압출
(정답률: 72%)
  • 소성가공은 재료에 항복 강도 이상의 힘을 가해 영구 변형을 일으키는 가공법입니다.

    오답 노트
    다이캐스팅: 금형에 용융 금속을 주입하여 응고시키는 주조 공법이므로 소성가공에 해당하지 않습니다.
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65. 결정 중의 슬립면 위에서 전위를 움직이기 위하여 필요한 힘을 무엇이라 하는가?

  1. Peierls - Nabarro force
  2. Shear stress force
  3. Deviatoric strain force
  4. Hydrostatic Pressure force
(정답률: 71%)
  • 결정 격자 내에서 전위가 슬립면을 따라 이동할 때, 격자의 주기적인 에너지 장벽을 극복하기 위해 필요한 최소한의 힘을 Peierls-Nabarro force라고 합니다.
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66. 알루미늄의(111)면상에서 전위가 slip한다면 그 전위의 Burgersvector는? (단, unitcell의 한 변의 길이는 a이다.)

  1. a[110]
  2. a/2[001]
(정답률: 74%)
  • FCC 구조인 알루미늄의 슬립계는 {111} 면과 <110> 방향의 조합으로 이루어집니다. 따라서 (111)면 상에서 슬립할 때의 버거스 벡터(Burgers vector)는 면 내의 가장 조밀한 방향인 $\frac{a}{2} \langle 110 \rangle$ 형태여야 하므로 가 정답입니다.
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67. 그림은 FCC 단결정의 인장축 방향에 따른 유동곡 선의 변화를 나타낸 것이다. 인장축이 (011)방향에 평행한 경우에 해당되는 진응력-진변형률 곡선은?

  1. A
  2. B
  3. C
  4. D
(정답률: 78%)
  • FCC 단결정에서 인장축의 방향에 따라 전위의 이동 난이도가 달라지며, (011) 방향은 다른 방향에 비해 유동 응력이 낮고 변형률이 큰 특성을 보입니다. 따라서 제시된 그래프에서 가장 낮은 응력 곡선인 D가 정답입니다.
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68. Cd와 같은 육방정계 금속을 슬립면과 수직하게 압축하였을 때 밴드(band)가 생기는 변형은?

  1. 킹크(Kinking)
  2. 슬립(Slip)
  3. 쌍정(Twinning)
  4. 전위(Dislocation)
(정답률: 78%)
  • Cd와 같은 육방정계(HCP) 금속을 슬립면과 수직한 방향으로 압축하면, 결정면이 꺾이면서 밴드 형태의 변형이 나타나는 킹크(Kinking) 현상이 발생합니다.
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69. 파괴 과정 중에 소성변형이 거의 없고 균열의 전파 속도가 빠른 파괴는?

  1. 연성파괴
  2. 취성파괴
  3. 전단파괴
  4. 컵-원뿔형(cup-and-cone)파괴
(정답률: 89%)
  • 취성파괴는 소성변형이 거의 없이 균열이 매우 빠르게 전파되는 파괴 형태로, 주로 저온이나 취성 재료에서 발생합니다.

    오답 노트
    연성파괴: 상당한 소성변형을 동반하며 균열 전파 속도가 느림
    컵-원뿔형 파괴: 연성파괴의 전형적인 파단면 형상임
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70. 소성체 경계의 표면에서 최대 전단응력 방향과 일치하는 슬립선은 주응력 방향과 몇 도를 이루며 일어나는가?

  1. 0°
  2. 45°
  3. 60°
  4. 90°
(정답률: 82%)
  • 단축 인장 하중을 받는 재료에서 최대 전단응력은 주응력 방향과 $45^{\circ}$ 각도를 이루는 평면에서 발생하며, 이에 따라 슬립선 또한 주응력 방향과 $45^{\circ}$를 이루며 나타납니다.
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71. 열피로를 감소시키기 위한 방안으로 틀린 것은?

  1. 선열팽창계수가 작은 재료를 선택한다.
  2. 탄성계수가 작은 재료를 선택한다.
  3. 열전도도가 작은 재료를 선택한다.
  4. 피로강도가 큰 재료를 선택한다.
(정답률: 57%)
  • 열피로는 온도 변화에 따른 열팽창과 수축의 반복으로 발생하므로, 열전도도가 커야 내부 온도 구배가 줄어들어 열응력을 감소시킬 수 있습니다.

    오답 노트
    열전도도가 작은 재료: 온도 차이를 크게 만들어 열피로를 촉진함
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72. 금속의 냉간 가공과 관련한 설명으로 옳은 것은?

  1. 냉간가공 할수록 전위의 밀도가 증가한다.
  2. 냉간가공을 하면 일반적으로 강도가 감소한다.
  3. 냉간가공을 하면 일반적으로 연신율이 증가한다.
  4. 냉간가공도와 전위의 밀도와는 무관하다.
(정답률: 82%)
  • 냉간가공을 하면 금속 내부의 전위 밀도가 증가하며, 이 전위들이 서로 엉켜 이동이 방해받으면서 재료의 강도가 높아지는 가공경화 현상이 발생합니다.

    오답 노트
    강도 감소: 가공경화로 인해 강도는 증가함
    연신율 증가: 강도가 높아지는 대신 연성은 감소함
    무관하다: 냉간가공도는 전위 밀도 증가의 직접적인 원인임
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73. FCC 금속에서 교차 슬립(cross slip)이 발생하기 어려운 경우는?

  1. 고온일수록
  2. 가공도가 높을수록
  3. 적층 결함에너지가 높을수록
  4. 적층 결함에너지가 낮을수록
(정답률: 73%)
  • 교차 슬립은 전위가 원래의 슬립면에서 다른 슬립면으로 이동하는 현상입니다. 적층 결함에너지가 낮을수록 전위가 넓게 분리되어 원래의 슬립면에 강하게 구속되므로, 다른 면으로 이동하는 교차 슬립이 발생하기 어려워집니다.
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74. 용융상태의 금속을 냉각시킬 때 형성되는 결정입자의 크기에 영향을 미치지 않는 것은?

  1. 불순물
  2. 결정격자
  3. 냉각속도
  4. 결정핵 사이의 간격
(정답률: 67%)
  • 결정입자의 크기는 냉각 속도가 빠를수록, 결정핵의 수가 많을수록(간격이 좁을수록), 그리고 불순물이 많아 성장을 방해할수록 작아집니다. 반면 결정격자는 원자 배열의 구조적 형태를 의미하므로 결정립의 크기 결정 과정에 직접적인 영향을 미치지 않습니다.
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75. 굽힘가공 시 스프링백(spring back)에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 항복응력이 클수록 스프링백이 증가한다.
  2. 탄성계수가 클수록 스프링백이 증가한다.
  3. 소성변형이 클수록 스프링백이 증가한다.
  4. 재료와 변형이 일정하면 판의 두께와 폭의 비가 증가 할수록 스프링백이 증가한다.
(정답률: 70%)
  • 스프링백은 하중 제거 후 탄성 회복으로 인해 원래 형상으로 되돌아가려는 현상입니다. 탄성계수가 클수록 재료의 강성이 높아져 탄성 회복량이 감소하므로 스프링백은 오히려 감소합니다.

    오답 노트
    항복응력이 클수록: 탄성 영역이 넓어져 회복량 증가
    소성변형이 클수록: 변형 에너지가 커져 회복량 증가
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76. 다음 중 조질압연의 목적이 아닌 것은?

  1. 두께감소
  2. 형상교정
  3. 표면조도 조정
  4. 스트레처 스트레인 제거
(정답률: 67%)
  • 조질압연은 가공경화와 결정립 미세화를 통해 기계적 성질을 개선하는 것이 주 목적으로, 표면 조도 조정, 형상 교정, 스트레처 스트레인 제거 등을 수행합니다. 단순한 두께 감소는 일반적인 압연의 목적이며 조질압연의 특수 목적이라 보기 어렵습니다.
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77. 3개의 주응력 σ1, σ2, σ3의 관계가 σ1 ＞ σ2 ＞ σ3이다. 항복응력이 k라면 단축인장에서의 항복 조건은?

  1. σ1-σ2=2k
  2. σ2-σ1=2k
  3. σ2=2k
  4. σ1=2k
(정답률: 74%)
  • 단축인장 상태에서는 $\sigma_1$만 작용하고 $\sigma_2 = \sigma_3 = 0$이 됩니다. 이때 최대 전단 응력 이론(Tresca)에 따르면 항복 조건은 $\sigma_1 - \sigma_3 = 2k$가 되며, $\sigma_3 = 0$을 대입하면 $\sigma_1 = 2k$가 성립합니다.
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78. 연성 시험법으로 판을 금형 사이에 물리고 이 판에 균열이 생길 때까지 펀치를 눌러, 그 깊이를 mm 단위로 나타내는 성형 시험 방법은?

  1. Deep drawing test
  2. Erichsen test
  3. Conical cup test
  4. Tensile strength test
(정답률: 77%)
  • Erichsen test는 판재를 금형에 고정하고 펀치로 눌러 균열이 발생할 때까지의 깊이를 측정함으로써 재료의 연성과 성형성을 평가하는 시험 방법입니다.
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79. 크리프 곡선에서 크리프의 속도가 거의 일정하게 나타나는 영역은?

  1. 초기 순간변형 영역
  2. 제 1 기크리프
  3. 제 2 기크리프
  4. 제 3 기크리프
(정답률: 82%)
  • 크리프 곡선은 시간에 따른 변형률을 나타내며, 제 2 기크리프(정상 상태 크리프) 영역에서는 가공경화와 회복 현상이 평형을 이루어 크리프 속도가 거의 일정하게 유지되는 구간이 나타납니다.
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80. 어느 방향으로 소성변형을 가한 재료에 역방향의 하중을 가하면 전과 같은 방향으로 하중을 가한 경우보다 소성변형에 대한 저항이 감소하는 현상은?

  1. 코트렐 효과
  2. 표피 효과
  3. 바우싱거 효과
  4. 변형경화 효과
(정답률: 89%)
  • 재료에 한 방향으로 소성변형을 가한 후 역방향으로 하중을 가했을 때, 처음 가했던 방향보다 소성변형에 대한 저항(항복 강도)이 감소하는 현상을 바우싱거 효과라고 합니다.

    오답 노트
    변형경화 효과: 소성변형이 진행됨에 따라 재료가 더 단단해지는 현상
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5과목: 표면공학

81. 이온도금의 특징이 아닌 것은?

  1. 밀착력이 우수하다.
  2. 기판(substrate)의 뒷면에도 비교적 증착이 되는 편이다.
  3. 이온 상태로 도금층 격자내에 도금된다.
  4. 도금속도는 진공증착보다는 느리다.
(정답률: 48%)
  • 이온도금은 이온화된 금속 입자가 가속되어 기판에 충돌하며 증착되는 방식으로, 밀착력이 우수하고 기판 뒷면까지 증착되는 특성이 있으며 진공증착보다 속도가 느립니다. 하지만 이온 상태로 격자 내에 도금되는 것이 아니라, 가속된 이온이 기판 표면에 충돌하여 응축되며 박막을 형성하는 원리입니다.
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82. 용융도금은 저융점의 금속을 용해시킨 용융도금조에 전처리된 제품을 침지하여 표면에 용융된 금속을 피복하는 방법으로 공업적으로 용융도금에 적합하지 않는 금속은?

  1. Zn
  2. Sn
  3. Al
  4. Ti
(정답률: 81%)
  • 용융도금은 금속의 융점이 적절히 낮고 도금조에서 액체 상태로 유지될 수 있어야 합니다. $Ti$ (티타늄)은 융점이 매우 높고 반응성이 강해 일반적인 용융도금 방식으로 처리하기에 적합하지 않습니다.
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83. 고온용 염욕제로서 고속도공구강을 염욕 열처리하려고 할 때 사용되는 단일염은?

  1. NaNO3
  2. NaCl
  3. BaCl2
  4. KNO3
(정답률: 81%)
  • 고속도공구강의 고온 열처리를 위한 염욕제로는 융점이 높고 안정적인 $BaCl_{2}$ (염화바륨)와 같은 단일염이 사용됩니다.
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84. 다음 중 침탄 후 담금질시 담금질 온도가 너무 낮거나, 냉각속도가 너무 느릴 때 발생하기 쉬운 결함은?

  1. 박리
  2. 균열
  3. 탈탄
  4. 경도불량
(정답률: 74%)
  • 담금질 온도가 너무 낮으면 오스테나이트화가 불충분하고, 냉각 속도가 너무 느리면 마르텐사이트 변태가 제대로 일어나지 않아 최종적으로 경도가 낮아지는 경도불량이 발생합니다.
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85. TEM에서 결정질 재료에 대한 분석으로 하고자 할 때 분석 대상이 아닌 것은?

  1. 파단면을 관찰하고 분석한다.
  2. 결정의 방위를 해석한다.
  3. 국부영역에 대한 상분석을 한다.
  4. 전위의 관찰과 버거스벡터, 밀도, 배열에 대한 분석을한다.
(정답률: 61%)
  • TEM(투과전자현미경)은 시편을 매우 얇게 만들어 내부를 투과해 관찰하는 장비이므로 결정 방위 해석, 상분석, 전위 관찰 등에 적합합니다. 반면, 파단면과 같은 표면 형상을 관찰하고 분석하는 것은 SEM(주사전자현미경)의 주된 용도입니다.
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86. 양극산화처리 후 유기염료 처리에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 유기염료에는 산성, 직접, 염기성, 매염 등이 있다.
  2. 착색작업에서 주의할 점은 피막생성 후 절대 손을 대서는 안 된다.
  3. 산화피 막용 염료의 양부는 색조, 작업성, 퇴색성, 내열성 등에 의해 결정된다.
  4. 탈색을 방지하기 위하여 중조 12~15% 용액을 30°C 이하에서 20분간 침지해서 중화, 수세 후 염색한다.
(정답률: 81%)
  • 양극산화처리 후 유기염료 처리 시, 탈색 방지를 위한 중화 작업은 중조 $1 \sim 2\%$ 용액을 사용하여 수행합니다. 중조 $12 \sim 15\%$ 용액을 사용하는 것은 농도가 너무 높아 부적절합니다.
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87. Floating Voltage에 대한 설명으 로옳은 것은?

  1. Bias Voltage와 같은 의미이다.
  2. Probe에서 측정되는 Voltage 이다.
  3. 기판에 인가되는 Voltage 이다.
  4. Anode에 인가한 Voltage 이다.
(정답률: 73%)
  • Floating Voltage는 플라즈마 내에 삽입된 프로브(Probe)가 플라즈마와 전기적 평형을 이룰 때, 외부 회로와 연결되지 않은 상태에서 프로브 표면에 형성되는 전위로, Probe에서 측정되는 Voltage를 의미합니다.
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88. 강의 경화능에 영향을 미치는 주요 인자가 아닌 것은?

  1. 탄소량
  2. 잔류응력
  3. 합금 원소량
  4. 오스테나이트의 결정입도
(정답률: 67%)
  • 강의 경화능은 퀜칭 시 마르텐사이트가 형성되는 깊이를 결정하며, 탄소량, 합금 원소량, 오스테나이트의 결정입도가 주요 영향 인자입니다.

    오답 노트
    잔류응력: 재료 내부의 응력 상태일 뿐, 냉각 시 변태 거동을 결정하는 경화능과는 관계가 없습니다.
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89. 이온도금을 분류할 때 저온 플라즈마를 이용한 방식이 아닌 것은?

  1. 직류방전방식(DC법)
  2. 고주파방전방식(RF법)
  3. 이온 빔 증착방식
  4. 활성반응증착방식
(정답률: 70%)
  • 저온 플라즈마 방식은 가스 방전을 통해 이온을 생성하는 직류방전방식(DC법), 고주파방전방식(RF법), 활성반응증착방식이 포함됩니다.

    오답 노트
    이온 빔 증착방식: 플라즈마를 이용한 증착이 아니라 가속된 이온 빔을 직접 충돌시키는 고에너지 방식입니다.
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90. 자동차 라디에이터 그릴(RadiatorGrill)은 ABS소재에 금속 도금을 하여 장식성과 내식성을 부여하고자 할 때 소재에 칭(Etching)공정에 사용되는 주요 약품 성분은?

  1. 크롬산(CrO3) -황산(H2SO4)
  2. 염화주석(SnCl2) -염산(HCI)
  3. 과산화수소(H2O2) -황산(H2SO4)
  4. 염화주석(SnCl2)-염화팔라듐(PdCl2)
(정답률: 77%)
  • ABS 소재의 금속 도금 전처리 과정인 에칭(Etching) 공정은 표면을 거칠게 만들어 밀착력을 높이는 단계로, 주로 크롬산($CrO_{3}$)과 황산($H_{2}SO_{4}$) 혼합액을 사용하여 화학적으로 표면을 부식시킵니다.
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91. 전기도금에 비한 무전해 도금에 대한 특징으로 틀린 것은?

  1. 정류기가 필요하다.
  2. 도금의 속도가 느리다.
  3. 비금속 소재에도 도금이 가능하다.
  4. 도금액 관리를 엄격하게 해야한다.
(정답률: 77%)
  • 무전해 도금은 외부 전원 없이 도금액 내부의 화학적 환원 반응을 이용하여 금속을 석출시키는 방식이므로, 전기를 공급하는 정류기가 필요 없습니다.

    오답 노트
    도금 속도: 화학 반응 기반이므로 전기도금보다 느림
    비금속 도금: 전도성이 없는 플라스틱 등에도 가능
    액 관리: 환원제 및 촉매의 농도 유지가 매우 중요함
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92. 진공챔버(Vacuum Chamber)내에 플라즈마가 형성되었을 때 다음 중 존재하지 않는 것은?

  1. 전자
  2. Ar+이온
  3. Ar 기체분자
  4. 천이원소
(정답률: 83%)
  • 플라즈마는 기체 분자가 전자와 충돌하여 이온과 전자로 분리된 부분 전리 상태의 기체입니다. Ar 가스를 사용한 플라즈마 챔버 내에는 전자, $Ar^{+}$이온, 중성 $Ar$ 기체 분자가 공존하지만, 외부에서 주입하지 않은 천이원소는 존재하지 않습니다.
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93. 주사전자현미경에 관한 이론 중 상호작용 부피(inter-action volume)에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 산란단면은 가속전자 에너지의 제곱에 비례하여 증가한다.
  2. 상호작용 부피는 시편의 원자번호가 증가할수록 감소한다.
  3. 입사빔의 각도가 직각에서 벗어남에 따라 상호작용 부피가 감소한다.
  4. 상호작용 부피는 시료 표면에서 탄성산란의 증가와 단위거리당 에너지 손실의 증가로 공모양으로 변화한다.
(정답률: 54%)
  • 전자빔의 산란단면(Scattering Cross-section)은 가속 전자의 에너지(전압)가 증가할수록 오히려 감소하는 경향을 보입니다.

    오답 노트
    원자번호 증가: 전자와 원자핵의 상호작용이 강해져 부피 감소
    입사각 변화: 경로가 짧아져 부피 감소
    형태: 산란과 에너지 손실로 인해 전형적인 공 모양 형성
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94. D.C스퍼터링(Sputtering)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 비교적 구석구석 도금이 잘된다.
  2. 조성이 복잡한 것도 적용시킬 수 있다.
  3. 고에너지로 기판에 들어오게 되므로 밀착 강도가 높다.
  4. 전류량과 생성피막의 두께가 반비례하므로 콘트롤이 쉽다.
(정답률: 80%)
  • 스퍼터링 공정에서 증착되는 피막의 두께는 타겟에 가해진 총 전하량(전류량 × 시간)에 비례하여 증가합니다. 따라서 전류량과 피막 두께는 정비례 관계이며, 이를 통해 두께를 정밀하게 제어합니다.
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95. 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: 87%)
  • CVD(화학 기상 증착)는 기체 상태의 전구체가 화학 반응을 통해 표면에 증착되는 방식으로, 복잡한 형상의 미립자나 굴곡진 표면에도 균일하게 코팅할 수 있는 우수한 단차 피복성(Step Coverage)을 가집니다.
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96. 화염 경화 처리법의 특징으로 틀린 것은?

  1. 담금질 변형이 작다.
  2. 국부적인 담금질이 가능하다.
  3. 가열 온도의 조절이 쉽다.
  4. 부품의 크기와 형상에 제한이 없다.
(정답률: 66%)
  • 화염 경화법은 가스 토치 등을 이용해 직접 가열하므로 가열 부위의 온도 조절이 매우 어렵고 숙련도에 따라 품질 차이가 큽니다.
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97. 질화법에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 질화후에 수정이 가능하다.
  2. 침탄층의 경도는 질화층보다 높다.
  3. 처리강의 종류에 많은 제한을 받는다
  4. 질화후에 열처리가 필요하다.
(정답률: 75%)
  • 질화법은 질소의 확산도를 높이기 위해 Al, Cr, Mo 등 질화물을 형성하기 쉬운 원소가 포함된 전용강(질화강)을 사용해야 하므로 처리강의 종류에 많은 제한을 받습니다.

    오답 노트
    질화후 수정 가능: 경도가 매우 높아 수정이 어려움
    침탄층 경도가 더 높다: 질화층의 경도가 일반적으로 더 높음
    열처리가 필요하다: 질화 자체로 경화되므로 후열처리가 불필요함
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98. 오스테나이트 스테인리스강(STS 304)의 고용화 열처리에 관한 설명 중 틀린 것은?

  1. 고용화 열처리 온도가 높을수록 탄화물의 고용이 많아진다.
  2. 고용화 열처리에 의한 냉간가공이나 용접에 의해서 생긴 내부응력이 증가한다.
  3. 열간가공이나 용접에 의해 석출한 Cr 탄화물과 σ상을 고용시키며 연성이 개선되고, 내식성이 향상된다.
  4. 1100℃에서 가열 유지한 후 상온까지 급냉하면 상온에서도 오스테나이트가 생성된다.
(정답률: 45%)
  • 고용화 열처리는 고온으로 가열 후 급냉하여 탄화물을 고용시키는 공정으로, 이 과정에서 냉간가공이나 용접으로 인해 발생한 내부응력이 제거되는 효과가 있습니다.

    오답 노트
    내부응력이 증가한다: 응력이 제거되어 감소함
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99. 알루미늄의 착색성을 오래 유지하기 위한 방법이 아닌 것은?

  1. 자연발색
  2. 전해착색
  3. Dying착색
  4. Sealing
(정답률: 55%)
  • 알루미늄의 착색성을 유지하기 위해서는 표면의 미세 구멍을 메워 색소가 빠져나가지 않게 하는 Sealing 처리가 필수적입니다. 반면 Dying착색은 단순히 염료를 침투시키는 방식으로, 유지력이 낮아 착색성을 오래 유지하기 위한 근본적인 방법으로 보기 어렵습니다.
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100. 고탄소강은 탄소 (C)함량이 0.5%이상, HRC 40이상의 철소재로서 표면처리 공정에서 수소취성을 일으킬 수가 있다. 수소취성을 최소화하기 위한 표면처리 공정이 아닌 것은?

  1. 전해탈지는 양극을 사용한다.
  2. 전류효율이 높은 도금욕을 선택한다.
  3. 침지 탈지 후 전해탈지는 음극을 사용한다.
  4. 산처리조에 부식 억제제를 첨가한다.
(정답률: 68%)
  • 수소취성을 방지하려면 수소의 침투를 막아야 합니다. 전해탈지 시 음극을 사용하면 수소 가스가 발생하여 소재 내부로 침투하므로, 수소취성을 최소화하기 위해서는 양극을 사용해야 합니다.

    오답 노트
    침지 탈지 후 전해탈지는 음극을 사용한다: 수소 발생으로 인해 수소취성 위험을 증가시킴
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