금속재료기사 필기 기출문제복원 (2015-05-31)

금속재료기사 2015-05-31 필기 기출문제 해설

이 페이지는 금속재료기사 2015-05-31 기출문제를 CBT 방식으로 풀이하고 정답 및 회원들의 상세 해설을 확인할 수 있는 페이지입니다.

금속재료기사
(2015-05-31 기출문제)

목록

1과목: 금속조직학

1. 강내의 비금속 개재물 중 그룹 B형 개재물에 해당되는 것은?

  1. 황화물 종류
  2. 규산염 종류
  3. 알루민산염 종류
  4. 구형 산화물 종류
(정답률: 67%)
  • 강내 비금속 개재물 분류 체계에서 그룹 B는 알루민산염 종류의 개재물을 의미합니다.

    오답 노트
    황화물 종류: 그룹 A
    규산염 종류: 그룹 C
    구형 산화물 종류: 그룹 D
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2. 다음의 결정구조별 재료군 또는 특정공정에서 쌍정변형이 가장 일어나기 쉬운 조건은?

  1. 금속간화합물을 냉간가공할 때
  2. 조밀육방정 재료를 변형할 때
  3. 오스테나이트 철을 서서히 변형할 때
  4. 체심입방정 재료를 고온에서 서서히 변형시킬 때
(정답률: 75%)
  • 조밀육방정(HCP) 구조의 재료는 슬립계(Slip system)의 수가 적어 전위 이동에 의한 슬립 변형이 어렵기 때문에, 이를 보완하기 위해 쌍정 변형이 매우 빈번하게 일어납니다.
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3. 매시브변태(Massive Transformation)의 특징을 설명한 것 중 틀린 것은?

  1. 모상과 생성상은 동일한 조성을 갖는다.
  2. 성장속도는 마텐자이트 경우 보다 빠르다.
  3. 이동하는 모상-생성상 계면은 부정합이다.
  4. 형상변화는 마텐자이트처럼 자유표면 위에서 볼 수 없다.
(정답률: 64%)
  • 매시브변태는 확산 없이 일어나며 모상과 생성상의 조성이 동일한 변태입니다. 하지만 성장 속도는 원자 배열의 급격한 전단 변형으로 일어나는 마텐자이트 변태(음속에 가까운 속도)보다 느립니다.
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4. 다음 그림에서 빗금친 abc 면의 밀러 지수로 옳은 것은?

  1. (263)
  2. (236)
  3. (312)
  4. (362)
(정답률: 66%)
  • 밀러 지수는 결정면이 각 축($x, y, z$)과 만나는 절편의 역수를 취해 가장 작은 정수비로 나타냅니다.

    제시된 그림에서 면이 각 축과 만나는 지점을 분석하여 역수를 취하면 (362)가 도출됩니다.
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5. 베이나이트 조직에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 페라이트와 시멘타이트가 층상으로 존재한다.
  2. 펄라이트와 마텐자이트 변태 중간에서 생성된다.
  3. 확산 및 무확산변태의 특징을 모두 갖고 있다.
  4. 페라이트와 시멘타이트 두 상으로 된 조직이다.
(정답률: 68%)
  • 베이나이트 조직은 페라이트와 시멘타이트로 구성되어 있으나, 펄라이트와 달리 층상 구조가 아닌 침상이나 판상 형태로 존재합니다.

    오답 노트
    펄라이트와 마텐자이트 변태 중간 생성: 베이나이트의 생성 온도 범위 특성임
    확산 및 무확산변태 특징: 베이나이트의 변태 메커니즘임
    페라이트와 시멘타이트 두 상: 베이나이트의 구성 성분임
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6. 순철의 A3 동소변태 온도는 약 몇 ℃ 인가?

  1. 210
  2. 723
  3. 910
  4. 1536
(정답률: 90%)
  • 순철의 동소변태 온도 중 $\alpha$철이 $\gamma$철로 변하는 $A_3$ 변태 온도는 약 $910^{\circ}C$입니다.
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7. 치환형 고용체의 경우 용질원자와 용매원자의 치환이 난잡하게 일어난다고 하면 고용체 격자정수의 값은 용질원자의 농도에 비례하게 된다는 법칙을 무엇이라 하는가?

  1. 라울의 입칙
  2. 버거스의 법칙
  3. 레이티의 법칙
  4. 베가드의 법칙
(정답률: 74%)
  • 치환형 고용체에서 용질 원자의 농도에 따라 격자 정수가 선형적으로 변한다는 법칙은 베가드의 법칙입니다.
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8. 펄라이트(pearlite) 조직을 옳게 표현한 것은?

  1. Fe와 Fe3C로 구성
  2. Fe와 Cu로 구성
  3. Fe와 W로 구성
  4. Fe와 VC로 구성
(정답률: 94%)
  • 펄라이트는 공석 반응을 통해 생성되는 조직으로, 페라이트($\text{Fe}$)와 시멘타이트($\text{Fe}_3\text{C}$)가 층상 구조로 교대로 배열된 조직입니다.
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9. 다음 중 점 결함이 아닌 것은?

  1. 원자공공
  2. 크라우디온
  3. 적층결함
  4. 프렌켈결함
(정답률: 88%)
  • 점 결함은 원자 하나 수준의 0차원 결함으로 원자공공, 크라우디온, 프렌켈결함 등이 해당합니다.

    오답 노트
    적층결함: 원자 층이 불규칙하게 쌓인 2차원 면 결함입니다.
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10. 침입형 고용체에 고용될 수 없는 원소는?

  1. C
  2. H
  3. P
  4. N
(정답률: 86%)
  • 침입형 고용체는 금속 원자 사이의 빈 공간에 들어갈 수 있을 만큼 원자 반지름이 매우 작은 원소들이 형성합니다. 대표적인 침입형 고용 원소로는 C, H, O, N, B 등이 있으며, P는 원자 크기가 상대적으로 커서 침입형이 아닌 치환형 고용체를 형성합니다.
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11. 장범위규칙도(degree of long-range order)가 1 인 합금은?

  1. 완전 불규칙 고용체이다.
  2. 불완전 규칙 고용체이다.
  3. 완전 규칙 고용체이다.
  4. 불완전 불규칙 고용체이다.
(정답률: 91%)
  • 장범위규칙도(S)는 원자들이 격자 내에서 얼마나 규칙적으로 배열되었는지를 나타내는 척도입니다. $S = 1$인 경우는 모든 원자가 정해진 위치에 완벽하게 배열된 상태를 의미하므로 완전 규칙 고용체입니다.
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12. 그림과 같은 3성분계 수직단면도의 반응형은?

  1. 공정형
  2. 포정형
  3. 편정형
  4. 전율가용체
(정답률: 74%)
  • 제시된 수직단면도는 액상(L)이 두 개의 고상($\alpha, \beta$)으로 동시에 정출되는 V자 형태의 공정점(E)을 보여주고 있으므로 공정형 반응에 해당합니다.
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13. 치환형 고용체를 이루는 인자에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 결정구조가 비슷할 때
  2. 이온화 경향이 비슷할 때
  3. 두 원자의 결합에너지가 작을 때
  4. 원자반지름의 차가 15% 미만일 때
(정답률: 75%)
  • 치환형 고용체가 형성되기 위해서는 결정구조의 유사성, 원자 반지름 차이 15% 미만, 전기음성도(이온화 경향)의 유사성 등이 충족되어야 합니다. 결합에너지의 크기는 고용체 형성의 직접적인 결정 인자가 아닙니다.
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14. 아공석강에서 형성되는 초석페라이트를 형상학적으로 분류할 때 포함되지 않는 것은?

  1. 스페로다이트(Sperodite)
  2. 이디오모프스(Idiomorphs)
  3. 위드만스테텐판(Widmanstatten plate)
  4. 그레인 바운드리 알로트리오모프스(Grain boundary allotriomorphs)
(정답률: 65%)
  • 아공석강의 초석페라이트는 형상에 따라 이디오모프스, 위드만스테텐판, 그레인 바운드리 알로트리오모프스로 분류됩니다. 반면 스페로다이트는 구상화 풀림 등을 통해 형성되는 구상 조직으로, 초석페라이트의 형상 분류에 해당하지 않습니다.
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15. 심하게 냉간가공한 재료를 가열할 때 나타나는 특성변화를 설명한 것 중 틀린 것은?

  1. 재결정 구간에서는 경도가 감소한다.
  2. 회복 구간에서는 전기전도도가 증가한다.
  3. 결정입자성장 구간에서는 강도가 감소한다.
  4. 재결정 구간에서는 연성이 급격히 감소한다.
(정답률: 75%)
  • 냉간가공된 재료를 가열하면 회복 $\rightarrow$ 재결정 $\rightarrow$ 결정입자성장 순으로 변화합니다. 재결정 구간에서는 가공경화로 인해 쌓였던 응력이 제거되고 새로운 결정립이 생성되므로, 경도와 강도는 감소하고 연성은 급격히 증가합니다.

    오답 노트
    재결정 구간에서는 연성이 급격히 감소한다: 연성은 오히려 증가함
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16. 다음 그림은 어떤 형태의 규칙격자를 나타낸 것인가?

  1. AB
  2. AB2
  3. A2B
  4. AB3
(정답률: 75%)
  • 의 구조를 분석하면, 꼭짓점에 위치한 원자 B의 개수는 $8 \times \frac{1}{8} = 1$개이고, 체심에 위치한 원자 A의 개수는 $1 \times 1 = 1$개입니다. 따라서 A와 B의 원자 수 비가 1:1인 AB 형태의 규칙격자입니다.
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17. 다음 상태도에서 자유도가 0인 점은?

  1. A
  2. B
  3. E
  4. M
(정답률: 94%)
  • 상태도에서 자유도가 0인 점은 불변 반응이 일어나는 점입니다. 에서 점 E는 액상(L)이 두 개의 고상($\alpha, \beta$)으로 동시에 변하는 공정 반응(Eutectic reaction)이 일어나는 지점으로, 온도와 조성 모두가 고정되어 자유도가 0이 됩니다.
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18. 금속의 가공경화(加工硬化)와 직접적으로 관계되는 것은?

  1. 회복
  2. 석출
  3. 재결정
  4. 전위의집적
(정답률: 81%)
  • 가공경화는 금속을 소성 변형시킬 때 전위(dislocation)가 생성되고 서로 엉키며 이동이 방해받아 강도가 높아지는 현상입니다. 따라서 전위의 집적이 직접적인 원인이 됩니다.
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19. BCC(body-Centered cubic lattice)의 근접 원자간 거리는? (단, a 는격자정수이다.)

  1. 1/√2 a
  2. √3/2 a
  3. √2 a
  4. √3 a
(정답률: 73%)
  • BCC 구조에서 원자들은 체심(중심)과 꼭짓점을 통해 대각선 방향으로 서로 접하고 있습니다. 따라서 근접 원자간 거리는 체대각선 길이의 절반이 됩니다.
    ① [기본 공식] $d = \frac{\sqrt{3}a}{2}$
    ② [숫자 대입] $d = \frac{\sqrt{3}}{2}a$
    ③ [최종 결과] $d = \frac{\sqrt{3}}{2}a$
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20. (101)면에 수직한 방향과 [112]방향 사이의 각은?

  1. 15°
  2. 30°
  3. 45°
  4. 60°
(정답률: 74%)
  • 밀러 지수에서 (101)면에 수직한 방향은 [101] 방향입니다. 두 벡터 [101]과 [112] 사이의 각도 $\theta$는 벡터의 내적 공식을 이용하여 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $\cos \theta = \frac{v_1 \cdot v_2}{|v_1| |v_2|}$
    ② [숫자 대입] $\cos \theta = \frac{1 \times 1 + 0 \times 1 + 1 \times 2}{\sqrt{1^2+0^2+1^2} \times \sqrt{1^2+1^2+2^2}} = \frac{3}{\sqrt{2} \times \sqrt{6}} = \frac{3}{\sqrt{12}} = \frac{3}{2\sqrt{3}} = \frac{\sqrt{3}}{2}$
    ③ [최종 결과] $\theta = 30^{\circ}$
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2과목: 금속재료학

21. 열처리 스프링용 강으로 사용되지 않는 것은?

  1. Si –Mn계 강
  2. S –Mo계 강
  3. Mn –Cr계 강
  4. Cr –V계 강
(정답률: 66%)
  • 열처리 스프링강으로는 Si-Mn계, Mn-Cr계, Cr-V계 강 등이 사용되나, S-Mo계 강은 스프링용 강으로 사용되지 않습니다.
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22. 분말야금법에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 고융점의 재료를 제조할 수 있다.
  2. 재료의 균일성과 성분비 조절이 용이하다.
  3. 금속분말의 순도와 생산방법은 최종제품에 영향을 미치지 않는다.
  4. 용융법에서 2개 이상의 금속 또는 비금속이 혼합되지 않는 조성에서도 혼합한 조성의 제품 제조가 가능하다.
(정답률: 86%)
  • 분말야금법에서 사용되는 금속분말의 순도, 입자 크기, 생산 방법 등은 최종 제품의 밀도, 강도 및 기계적 성질에 결정적인 영향을 미칩니다.
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23. 강력 티타늄 합금 Ti-Al-V계의 설명으로 틀린 것은?

  1. 주조용 합금으로 용접성 및 담금질성은 나쁘다.
  2. 항공기 기체나 엔진 부품용으로 많이 사용된다.
  3. Al에 의하여 강도를 얻고, V에 의하여 인성을 개선한다.
  4. 고온 크리프 저항이 높기 때문에 터빈 블레이드에 사용한다.
(정답률: 78%)
  • Ti-6Al-4V와 같은 $\alpha-\beta$형 티타늄 합금은 가장 널리 사용되는 합금으로, 용접, 주조, 기계가공이 매우 용이한 특성을 가지고 있습니다.
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24. 니켈(Ni)계 합금이 아닌 것은?

  1. 인코넬(inconel)
  2. 퍼멀로이(permalloy)
  3. 모넬메탈(monelmetal)
  4. 화이트메탈(whitemetal)
(정답률: 74%)
  • 화이트메탈(whitemetal)은 주성분이 주석 또는 납인 축받이 합금으로, 니켈계 합금이 아닙니다.

    오답 노트
    인코넬(inconel): Ni-Cr-Fe계
    퍼멀로이(permalloy): Ni-Fe계
    모넬메탈(monelmetal): Ni-Cu계
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25. Mg-Al계 합금에 소량의 Zn과 Mn을 첨가한 합금은?

  1. 자마크(Zamak)
  2. 엘렉트론(Elektron)
  3. 하스텔로이(Hastelloy)
  4. 모넬메탈(Monelmetal)
(정답률: 76%)
  • 엘렉트론(Elektron) 합금은 Mg-Al계 합금에 소량의 Zn과 Mn을 첨가하여 강도와 내식성을 향상시킨 대표적인 마그네슘 합금입니다.

    오답 노트
    자마크(Zamak): Zn-Al계 합금
    하스텔로이(Hastelloy): Ni-Cr-Mo계 합금
    모넬메탈(Monelmetal): Ni-Cu계 합금
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26. 구상흑연주철을 만들기 위해 용융상태에서 주로 첨가하는 원소는?

  1. Mg
  2. Al
  3. Ni
  4. Sn
(정답률: 80%)
  • 구상흑연주철은 용융된 쇳물에 Mg(마그네슘)이나 Ce(세륨)과 같은 구상화제를 첨가하여, 흑연의 모양을 편상에서 구상으로 변화시켜 강도와 인성을 높인 주철입니다.
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27. 강(steel)에 첨가하는 합금원소 중 질량효과를 가장 작게하는 원소는?

  1. Mn
  2. B
  3. Si
  4. Ni
(정답률: 74%)
  • 담금질성을 개선하는 원소인 B, Mn, Si, Ni 등을 첨가하면 질량효과가 감소하는데, 그중 보론(B)은 매우 적은 양으로도 담금질성을 크게 향상시켜 질량효과를 가장 효과적으로 작게 만드는 원소입니다.
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28. 표면은 단단하고 내부는 인성이 있는 주철 재료로써 압연용 롤, 차륜 등의 내마모 기계부품에 이용하는 주철은?

  1. Al주철
  2. Ni주철
  3. 냉경주철
  4. 흑심가단주철
(정답률: 63%)
  • 냉경주철은 주조 후 급냉시켜 표면에는 단단한 칠라이트 조직을 형성하고 내부는 인성이 있는 조직으로 만들어, 압연 롤이나 차륜과 같이 내마모성이 요구되는 부품에 사용되는 재료입니다.
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29. 섬유강화 금속(FRM)에 사용되는 강화 섬유가 아닌 것은?

  1. SiC
  2. 보론(B)
  3. MgO
  4. C(PAN)
(정답률: 67%)
  • 섬유강화 금속(FRM)의 강화재로는 고강도, 고탄성 특성을 가진 SiC, 보론(B), 탄소섬유(C(PAN)) 등이 사용됩니다. MgO는 산화마그네슘으로 일반적인 섬유강화재로 사용되지 않습니다.
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30. 강(steel) 중에 함유된 질소 가스의 영향으로 옳은 것은?

  1. 산이나 알카리에 약하게 하며 백점의 원인이 된다.
  2. 페라이트 중에 고용되고 석출하여 강도, 경도를 증가시킨다.
  3. 강내부에 점재하여 강의 인성을 감소시켜 취성의 원인이 된다.
  4. 단조나 압연 가공시 균열을 일으키기 쉬우며 적열취성의 원인이 된다.
(정답률: 63%)
  • 강 속에 포함된 질소는 페라이트 조직 내에 고용되거나 질화물 형태로 석출되어 전위의 이동을 방해함으로써 강의 강도와 경도를 높이는 역할을 합니다.

    오답 노트
    백점의 원인: 주로 수소 가스에 의해 발생합니다.
    취성의 원인: 주로 산소나 수소 가스에 의해 발생합니다.
    적열취성: 주로 황(S) 성분에 의해 발생합니다.
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31. 비정질 금속을 제조하는 방법이 아닌 것은?

  1. 침지법
  2. 원심 급냉법
  3. 진공 증착법
  4. 전기 또는 화학도금법
(정답률: 61%)
  • 비정질 금속은 액체 상태의 금속을 매우 빠르게 냉각시켜 결정이 생길 시간을 주지 않고 고체화하는 급냉법이나 증착법 등을 통해 제조합니다.

    오답 노트
    침지법: 액체에 담그는 일반적인 공정으로, 비정질 구조를 만들기 위한 초급냉 제어가 불가능합니다.
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32. 액화가스 등의 저온, 저장, 운반용기로 사용되는 저온재료가 구비해야 할 성질로 틀린 것은?

  1. 항복점 등의 기계적 강도가 클 것
  2. 인장응력장이 존재하고 있을 것
  3. 사용온도에서 내충격성이 클 것
  4. 가공성, 용접성, 내식성이 우수할 것
(정답률: 83%)
  • 저온재료는 극저온 환경에서도 파괴되지 않고 견뎌야 하므로 강도, 내충격성, 가공성 및 내식성이 우수해야 합니다. 인장응력장이 존재한다는 것은 재료에 외부 힘이 가해져 변형이 일어나는 상태를 의미하며, 이는 재료가 구비해야 할 고유 성질이 아닙니다.
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33. 상온에서 순철의 결정구조로 옳은 것은?

  1. BCC
  2. FCC
  3. HCP
  4. BCT
(정답률: 82%)
  • 순철은 상온에서 원자 하나가 입방체의 각 꼭짓점과 중심에 위치하는 체심입방격자 구조를 가집니다.
    따라서 정답은 BCC입니다.
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34. 문쯔메탈(Muntz metal)에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 6 : 4 황동이다.
  2. 망간 청동이다.
  3. 알루미늄 청동이다.
  4. 7 : 3 황동에 주석을 첨가한 것이다.
(정답률: 76%)
  • 문쯔메탈(Muntz metal)은 구리와 아연의 비율이 $60\% : 40\%$인 6 : 4 황동을 의미합니다.
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35. 침탄용강이 구비해야 할 성질로 옳은 것은?

  1. 림드강(rimmed)으로 고탄소강이어야 한다.
  2. 탄소함량이 0.5~0.9%C 강이 적합하다.
  3. Cr, Ni, Mo은 침탄량을 감소시키는 원소이다.
  4. 고온에서 장시간 가열하여도 결정입자가 성장하지 않아야 한다.
(정답률: 71%)
  • 침탄은 고온에서 장시간 가열하는 공정이므로, 결정입자가 성장하여 기계적 성질이 저하되는 것을 방지하기 위해 결정입자가 성장하지 않는 성질이 필수적입니다.

    오답 노트
    림드강/고탄소강: 킬드강(killed steel) 및 저탄소강이 적합함
    탄소함량: 보통 $0.1 \sim 0.25\%C$ 정도의 저탄소강이 적합함
    Cr, Ni, Mo: 침탄량을 증가시키는 원소임
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36. 표점거리50mm, 직경5mm 인 봉재 시편의 인장 시험 결과, 절단 후 표점거리가 55mm이고, 인장강도가 152.8kgf/mm2으로 나타났다. 이 때 최대하중(kgf)은 약 얼마인가?

  1. 2500
  2. 3000
  3. 3500
  4. 4000
(정답률: 64%)
  • 인장강도는 하중을 단면적으로 나눈 값이므로, 최대하중은 인장강도에 시편의 초기 단면적을 곱하여 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $P = \sigma \times \pi \times r^{2}$
    ② [숫자 대입] $P = 152.8 \times \pi \times (5/2)^{2}$
    ③ [최종 결과] $P = 3000.2$
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37. 탄소강을 담금질처리할 때 나타나는 마텐자이트의 강화현상에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 결정의 조대화에 의한 강화이다.
  2. 급냉에 의한 내부응력 증가이다.
  3. 탄소에 의한 Fe격자의 강화이다.
  4. 오스테나이트의 무확산 전단응력에 의한 강화이다.
(정답률: 77%)
  • 마텐자이트 강화는 급냉으로 인해 결정이 매우 미세해지면서 나타나는 현상입니다. 따라서 결정의 조대화에 의한 강화라는 설명은 틀린 것입니다.

    오답 노트
    급냉에 의한 내부응력 증가, 탄소에 의한 Fe격자의 강화, 오스테나이트의 무확산 전단응력에 의한 강화는 모두 마텐자이트 강화의 핵심 원리입니다.
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38. 절삭공구를 만들기에 가장 적합한 소재는?

  1. 내열합금
  2. 베어링강
  3. 초경합금
  4. 기계구조용강
(정답률: 86%)
  • 절삭공구는 고온에서도 경도를 유지하는 내마모성과 고경도가 필수적입니다. 초경합금은 텅스텐 카바이드 등의 입자를 소결하여 만들어 매우 높은 경도와 내열성을 가지므로 절삭공구 소재로 가장 적합합니다.
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39. 냉간가공(cold working)에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 전위밀도가 감소하여 강도가 약해진다.
  2. 냉간가공은 재결정온도 이상에서 가공한 것을 말한다.
  3. 냉간가공으로 생긴 잔류응력이 재료 내에 압축응력으로 작용하여 피로강도가 나빠진다.
  4. 항복점 연신을 나타내는 강을 항복점 이상으로 냉간가공 하게 되면 항복점과 항복점 연신이 없어진다.
(정답률: 72%)
  • 강재를 항복점 이상으로 냉간가공하면 전위의 이동이 방해받아 가공경화가 일어나며, 이로 인해 특유의 항복점과 항복점 연신 현상이 사라집니다.

    오답 노트
    전위밀도: 냉간가공 시 전위밀도가 증가하여 강도가 높아짐
    가공 온도: 재결정온도 미만에서 가공하는 것이 냉간가공임
    잔류응력: 적절한 압축 잔류응력은 오히려 피로강도를 향상시킴
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40. 라우탈 및 실루민 합금에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. Al-Cu-Ni계 합금을 라우탈(Lautal)이라 한다.
  2. 라우탈(Lautal)은 Cu를 첨가하여 주조성을 개선한 합금이다.
  3. 실루민(Silumin)은 Al에 대한 Si의 용해도가 높아 열처리 효과가 우수하다.
  4. Al-Si계 합금 중 공정점 부근 조성의 것을 실루민(Silumin)이라 한다.
(정답률: 69%)
  • 실루민(Silumin)은 Al-Si계 합금 중에서 공정점(Eutectic point) 부근의 조성을 가진 합금을 의미합니다.

    오답 노트
    라우탈(Lautal): Al-Cu-Mg-Ni계 합금임
    라우탈의 Cu 첨가: 주조성 개선보다는 강도 및 내식성 향상이 주 목적임
    실루민의 Si 용해도: Si 함량이 높아지면 열처리 효과가 오히려 감소함
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3과목: 야금공학

41. 알루미늄 전해법을 용융염 전해법과 비전해법으로 나눌 때 용융염 전해법에 해당되는 것은?

  1. 투스법(Toth법)
  2. 알코아법(Alcoa법)
  3. 서브할라드법(Gross법)
  4. 환원법(Thermal reduction법)
(정답률: 72%)
  • 알루미늄의 추출법 중 알코아법(Alcoa법)은 용융염 전해법의 대표적인 공정입니다.

    오답 노트
    투스법, 서브할라드법, 환원법: 비전해법에 해당함
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42. 공기는 질소 79vol%와 산소 21vol%로 되어 있다고 가정할 때 표준상태에서 공기의 밀도(g/L)를 계산한 값은? (단, 분자량은 각각 N2 : 28, O2 : 32 이다.)

  1. 4.278
  2. 3.278
  3. 2.278
  4. 1.288
(정답률: 52%)
  • 공기의 평균 분자량을 구한 뒤, 표준상태에서 기체 1몰의 부피인 $22.4\text{L}$를 이용하여 밀도를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\rho = \frac{M_{avg}}{V}$ 밀도 = 평균분자량 / 몰부피
    ② [숫자 대입] $\rho = \frac{0.79 \times 28 + 0.21 \times 32}{22.4}$
    ③ [최종 결과] $\rho = 1.288$
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43. 온도와 압력이 일정한 닫힌계에서 A에서 B로의 상태변화가 일어난다. 평형상태는 어느 에너지가 최소값을 가질 때 도달하는가?

  1. 엔탈피
  2. 내부에너지
  3. 깁스 자유에너지
  4. 헬름홀쯔 자유에너지
(정답률: 86%)
  • 온도($T$)와 압력($P$)이 일정한 조건에서 계의 자발성과 평형을 결정하는 척도는 깁스 자유에너지($G$)입니다. 계는 깁스 자유에너지가 최소가 되는 지점에서 열역학적 평형 상태에 도달합니다.
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44. 이상용액 중 i 성분의 생성열(ΔHM·id)은?

  1. 0의 값을 갖는다.
  2. 음의 값을 갖는다.
  3. 양의 값을 갖는다.
  4. 음양의 값을 다갖는다.
(정답률: 72%)
  • 이상용액(Ideal Solution)은 성분 분자 간의 상호작용이 순수 성분일 때와 동일하여, 혼합 시 열의 출입이 없는 용액을 말합니다. 따라서 이상용액의 생성열 $\Delta H^{M\cdot id}$는 $0$ 입니다.
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45. 압력을 높일 때 얼음의 융점변화에 대한 설명으로 틀린 것은? (단, S는 엔트로피이다.)

  1. ΔS(=S-S) ＞ 0
  3. ΔV(=V-V) ＞ 0
  4. 압력이 증가하면 융점은 하강한다
(정답률: 65%)
  • 클라우지우스-클라페이론 식에 의해 압력이 증가할 때 융점이 하강하는 물질(얼음)은 액체의 부피가 고체의 부피보다 작아야 합니다. 따라서 부피 변화량 $\Delta V$는 $0$ 보다 작아야 합니다.

    오답 노트
    $\Delta S$는 항상 $0$ 보다 크며, $\frac{dT}{dP} = \frac{T\Delta V}{\Delta H}$ 식에 따라 $\Delta V < 0$ 일 때 압력 증가 시 융점은 하강합니다.
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46. 0℃에서 물과 얼음이 평형상태에 있을 때 관계식이 틀린 것은? (단, H : 엔탈피, S : 엔트로피, G : 깁스자유에너지, (s) : 고체, (ℓ) : 액체)

  1. ΔG ＜ 0
  2. H(s) ＜ H(ℓ)
  3. S(s) ＜ S(ℓ)
  4. G(s) = G(ℓ)
(정답률: 75%)
  • 0℃에서 물과 얼음이 평형상태에 있다는 것은 상전이가 가역적으로 일어나는 상태이므로 깁스 자유에너지 변화량 $\Delta G$는 $0$이 되어야 합니다.

    오답 노트
    엔탈피와 엔트로피는 액체 상태인 물이 고체인 얼음보다 크므로 $H(s) < H(\ell)$, $S(s) < S(\ell)$는 옳은 설명이며, 평형 상태에서 두 상의 깁스 자유에너지는 동일합니다.
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47. 가역반응의 평형점에서 온도가 증가하면 어떻게 되는가?

  1. ΔH가 (+)값이 되는 방향으로 진행
  2. ΔH가 (-)값이 되는 방향으로 진행
  3. 흡열도 발열도 하지 않는다.
  4. ΔH 값은 관계가 없다.
(정답률: 73%)
  • 르샤틀리에 원리에 따라 온도가 증가하면 계는 온도를 낮추려는 방향, 즉 열을 흡수하는 흡열 반응 방향으로 평형이 이동합니다. 흡열 반응은 엔탈피 변화량 $\Delta H$가 $(+)$ 값을 갖는 반응입니다.
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48. 철강제조시 슬래그(Slag)의 염기도 계산식으로 옳은 것은?

(정답률: 77%)
  • 철강 제조 시 슬래그의 염기도는 산성 성분 대비 염기성 성분의 비율로 정의합니다.
    $$\text{염기도} = \frac{\text{염기성 성분의 총합}}{\text{산성 성분의 총합}}$$
    따라서 정답은 입니다.
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49. 어떤계가 가역 단열팽창을 했을 때 계의 엔트로피는 어떻게 되는가?

  1. 증가한다.
  2. 감소한다.
  3. 변하지 않는다.
  4. 증가할 때도 있고 감소할 때도 있다.
(정답률: 58%)
  • 가역 단열 과정은 열 출입이 없고($\text{dq}=0$) 가역적이므로 엔트로피 변화 $\text{dS} = \frac{\text{dq}}{\text{T}} = 0$이 됩니다. 따라서 이러한 과정을 등엔트로피(isentropic) 과정이라고 하며 계의 엔트로피는 변하지 않습니다.
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50. 탄소 1kg을 수증기와 반응시켜 CO와 H2가스를 얻었을 때 생성된 가스량은 약 몇 m3인가?

  1. 1.87
  2. 3.73
  3. 18.74
  4. 44.80
(정답률: 49%)
  • 탄소와 수증기의 반응식 $\text{C} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{CO} + \text{H}_2$를 이용하며, 생성되는 가스의 총 몰수와 표준 상태 부피를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\text{Volume} = \frac{\text{Mass of C}}{\text{Atomic weight of C}} \times 2 \times 22.4$
    ② [숫자 대입] $\text{Volume} = \frac{1000}{12} \times 2 \times 22.4$
    ③ [최종 결과] $\text{Volume} = 3733.3 \text{ L} = 3.73 \text{ m}^3$
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51. 1몰의 이상기체가 25°C에서 100기압으로부터 10기압으로 등온팽창할 때의 ΔA와 ΔG 값은? (단, A는 헬름홀즈 자유에너지, G는 깁스 자유에너지이다.)

  1. ΔA 값이 더 크다.
  2. ΔG 값이 더 작다.
  3. ΔA와 ΔG 값이 모두 같다.
  4. ΔG 값이 더 크고 ΔA값이 작다.
(정답률: 67%)
  • 등온 과정에서 헬름홀즈 자유에너지 변화량 $\Delta A$와 깁스 자유에너지 변화량 $\Delta G$의 관계는 $\Delta G = \Delta A + \Delta(PV)$ 입니다. 이상기체의 등온 팽창 시 $PV$ 값은 일정하므로 $\Delta(PV) = 0$이 되어, $\Delta A$와 $\Delta G$ 값은 서로 같습니다.
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52. 플래시로 제련법의 특징을 설명한 것 중 틀린 것은?

  1. 분체 반응이므로 반응 속도가 빨라 노의 제련 능력이 높다.
  2. 장입되는 황화광의 반응열을 이용할 수 있어 연료비가 적게 든다.
  3. 배출가스 중의 이산화황 함유량이 높아 황산이나 액체 이산화황의 제조가 가능하다.
  4. 슬래그 중 동의 함유량이 거의 없어 슬래그를 다시 처리하는 시설이 필요하지 않다.
(정답률: 78%)
  • 플래시 제련법은 반응 속도가 빠르고 연료비가 절감되며 황산 제조가 용이한 장점이 있으나, 슬래그 내에 동(Cu) 성분이 일부 포함되어 배출되므로 이를 회수하기 위한 슬래그 처리 시설이 반드시 필요합니다.
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53. 항온, 항압하에서 계가 자발적 변화를 할 때 다음 중 옳은 것은? (단, U : 팽창에 의한 일을 제외한 나머지 일, G : Gibbs 자유에너지, A : Helmholtz 자유에너지)

  1. -ΔA ＞ U
  2. -ΔG ＞ 0
  3. -ΔG ＜ 0
  4. -ΔS ＞ 0
(정답률: 75%)
  • 항온, 항압 조건에서 계의 자발적 변화가 일어나기 위해서는 깁스 자유에너지 변화량($\Delta G$)이 0보다 작아야 합니다. 따라서 $-\Delta G > 0$이 성립합니다.
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54. 산성 내화물에 해당되는 것은?

  1. 샤모트질
  2. 고알루미나질
  3. 마그네시아질
  4. 돌로마이트질
(정답률: 78%)
  • 내화물은 화학적 성질에 따라 분류되며, 샤모트질은 실리카($SiO_{2}$) 성분이 주가 되는 대표적인 산성 내화물입니다.

    오답 노트
    마그네시아질, 돌로마이트질: 염기성 내화물
    고알루미나질: 중성 내화물
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55. 1mole의 기체에 대한 반데르발스(VanderWaals) 상태 방정식은? (단, a 및 b는 상수, V는 부피, P는 압력, R은 기체상수, T는 절대온도를 표시한다.)

(정답률: 82%)
  • 실제 기체의 분자 간 인력과 분자 자체의 부피를 고려하여 보정한 반데르발스 상태 방정식은 다음과 같습니다.
    $$( P + \frac{a}{V^{2}} )(V - b) = RT$$
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56. 열역학적 계(系)에서 고립계(孤立系)란 경계(境界)를 통하여 외계(外界)와 어떤 관계가 있는가?

  1. 에너지 및 물질의 수급이 없는 계
  2. 에너지 및 물질의 출입이 있는 계
  3. 에너지 수급은 없으나 물질의 출입이 있는 계
  4. 에너지 수급은 있으나 물질의 출입이 없는 계
(정답률: 75%)
  • 고립계는 외부 환경과 에너지(열, 일) 및 물질의 교환이 모두 완전히 차단된 계를 의미하므로, 에너지 및 물질의 수급이 없는 계가 정답입니다.
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57. 다음의 식 중에서 Gibbs-Duhem의 변형에 해당되지 않는 식은?

(정답률: 69%)
  • Gibbs-Duhem 방정식은 성분들의 화학 퍼텐셜이나 활동도 사이의 관계를 나타내며, 일반적으로 $\sum x_i d\mu_i = 0$의 형태를 가집니다. 제시된 보기 중 $\ln a_A dX_A + \ln a_B dX_B = 0$ 형태의 식은 Gibbs-Duhem의 변형 식에 해당하지 않습니다.
    정답 식 변환
    $$\ln a_A dX_A + \ln a_B dX_B = 0$$
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58. 규석벽돌에 대한 성질 중 틀린 것은?

  1. 실리카(SiO2)를 주성분으로 한다.
  2. 강산성으로 산성 슬래그에 잘 견딘다.
  3. 비중이 작고 저온에서 이상팽창이 거의 없다.
  4. 700℃ 이상의 고온에서 열팽창계수가 적다.
(정답률: 58%)
  • 규석벽돌은 가열 시 팽창하기 쉬운 성질을 가지고 있어 저온에서 이상팽창이 발생할 수 있습니다.

    오답 노트
    실리카($\text{SiO}_2$)가 주성분이며, 산성 슬래그에 강하고 고온에서 열팽창계수가 적은 특성을 가집니다.
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59. 제2종 영구기관을 설명한 것 중 옳은 설명은?

  1. 에너지를 창조할 수 있다.
  2. 에너지를 공급하지 않고 가동할 수 있다.
  3. 열역학 제2법칙에 일치 된다고 볼 수 있다.
  4. 열에너지를 모두 동력으로 바꿀 수 있다.
(정답률: 74%)
  • 제2종 영구기관은 외부에서 열에너지를 공급받아 이를 100% 일(동력)로 변환하는 기관을 말하며, 이는 열역학 제2법칙(엔트로피 증가의 법칙)에 위배되는 불가능한 기관입니다.

    오답 노트
    에너지를 창조하거나 공급 없이 가동하는 것은 제1종 영구기관에 대한 설명입니다.
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60. 이상기체에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 이상기체 자체의 부피는 없다.
  2. 이상기체는 원자간의 인력이 없다.
  3. 이상기체는 반데르발스 방정식을 만족한다.
  4. 이상기체는 보일-샤를의 법칙을 만족한다.
(정답률: 67%)
  • 이상기체는 분자 자체의 부피가 없고 분자 간 인력이나 반발력이 없다고 가정하는 가상의 기체입니다. 따라서 보일-샤를의 법칙을 완벽하게 만족하지만, 실제 기체의 부피와 인력을 보정한 반데르발스 방정식은 실제 기체를 설명하기 위한 식입니다.
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4과목: 금속가공학

61. 딥드로잉(deep drawing)에 의해 성형한 제품에 이어링(earing) 결함이 생기는 원인은?

  1. 전연성
  2. 이방성
  3. 등방성
  4. 탄성여효
(정답률: 78%)
  • 이어링(earing) 현상은 압연 과정에서 형성된 결정 방향의 차이로 인해 재료의 성질이 방향에 따라 달라지는 이방성(anisotropy) 때문에 발생합니다.
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62. 전위선이 입자를 지나가는 데 필요한 전단응력(τ0)을 구하는 식으로 옳은 것은? (단, G : 전단탄성계수, b : 버거스벡터, 1 : 인근 입자 사이의 간극)

(정답률: 68%)
  • 전위선이 입자를 통과하기 위해 필요한 임계 전단응력은 전단탄성계수와 버거스벡터의 곱을 입자 간 간극으로 나눈 값으로 결정됩니다.
    $$\tau_{0} = \frac{G \cdot b}{l}$$
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63. 샤르피 충격시험에서 해머를 올렸을 때의 각도를 α, 시험편 파단 후의 각도를 β라고 할 때, 충격흡수에너지를 구하는 식은? (단, W는 중량(kgf), R는 펜듈럼의 길이(m)이다.)

  1. WR(cosα -1)
  2. WR(cosβ -1)
  3. WR(cosβ -cosα)
  4. WR(cosα -cosβ)
(정답률: 87%)
  • 샤르피 충격시험에서 충격흡수에너지는 해머가 상승했을 때의 위치에너지와 파단 후 상승했을 때의 위치에너지 차이로 계산합니다.
    $$E = WR(\cos\beta - \cos\alpha)$$
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64. 변형시효 현상에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 항복점 현상과 관련된 현상이다.
  2. 강도가 증가하고 연성이 감소한다.
  3. 치환형 용질원자에 의한 분위기(atmos phere) 형성과 관련된 현상이다.
  4. 냉간가공시킨 금속을 비교적 저온에서 시효 시킨 후 다시 변형시킬 때 나타나는 현상이다.
(정답률: 68%)
  • 변형시효 현상은 탄소($C$), 질소($N$)와 같은 침입형 용질원자가 전위 주변에 분위기(atmosphere)를 형성하여 전위의 이동을 방해함으로써 발생합니다.

    오답 노트
    치환형 용질원자: 침입형 용질원자가 정답입니다.
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65. 단조(forging)에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 형단조는 자유 단조보다 복잡하고, 정밀한 제품을 대량 생산할 수 있다.
  2. 업세팅(upsetting)은 형 단조에 해당되며, 속이 빈 중공체의 단조에 적당하다.
  3. 회전 스웨이징(swaging)에 의하여 생산되는 제품은 냉간 가공의 모든 장점을 지니며 정밀도가 우수하다.
  4. 형 단조는 소재를 2개의 다이로 압축하여 다이 공동부 모양대로 제품을 성형하는 가공이다.
(정답률: 62%)
  • 업세팅(upsetting)은 소재의 길이를 줄이고 단면적을 넓히는 가공으로, 형 단조가 아닌 자유 단조의 일종에 해당합니다. 또한 중공체보다는 주로 봉재의 끝단을 굵게 만드는 데 사용됩니다.
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66. 재료를 가공할 때 변형 저항을 높이는 요인에 해당되지 않는 것은?

  1. 전위밀도
  2. 용매원자
  3. 용질원자
  4. 결정립계
(정답률: 77%)
  • 변형 저항은 전위의 이동을 방해하는 요소가 많을수록 높아집니다. 전위밀도가 높거나, 결정립계가 많거나, 용질 원자가 침입/치환되어 격자 왜곡을 일으키면 저항이 증가합니다. 반면, 용매 원자는 기질을 이루는 기본 성분이므로 그 자체로는 변형 저항을 높이는 요인이 되지 않습니다.
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67. 금속재료의 시험에서 비틀림 시험의 목적으로 옳은 것은?

  1. 항복강도와 연신율을 결정
  2. 연신율과 소성변형정도를 결정
  3. 비틀림 강도와 인장강도를 결정
  4. 강성계수 G값의 측정과 비틀림 파단강도를 결정
(정답률: 72%)
  • 비틀림 시험은 재료에 비틀림 모멘트를 가하여 전단 변형 특성을 분석하는 시험으로, 전단 탄성 계수인 강성계수 $G$ 값의 측정과 비틀림 파단강도를 결정하는 것이 주 목적입니다.
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68. 다음의 응력-변형율 곡선 중에서 완전강-완전소성체를 나타내는 것은?

(정답률: 80%)
  • 완전강-완전소성체는 탄성 변형 없이 즉시 소성 변형이 시작되며, 응력의 증가 없이 일정한 응력 상태에서 변형률만 계속 증가하는 특성을 가집니다. 따라서 응력-변형률 곡선이 수평선으로 나타나는 가 정답입니다.
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69. 철강재료의 소성변형시 변태유기소성을 이용하면 다음 중 어떠한 성질이 가장 현저하게 향상되는가?

  1. 강도
  2. 전성
  3. 마모성
  4. 주조성
(정답률: 66%)
  • 변태유기소성(TRIP) 효과는 가공 중에 오스테나이트가 마르텐사이트로 변태하면서 가공 경화가 급격히 일어나 재료의 강도가 현저하게 향상되는 현상입니다.
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70. 금속재료의 재결정 온도의 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 가공도가 작을수록 재결정 온도가 낮아진다.
  2. 금속의 순도가 높을수록 재결정 온도가 낮아진다.
  3. 재결정을 일으키는데는 최소한의 변형이 필요하다.
  4. 가공전의 결정입자가 미세할수록 재결정 온도가 낮아진다.
(정답률: 65%)
  • 재결정 온도는 가공도(변형량)가 클수록 내부 에너지가 높아져 구동력이 커지므로, 가공도가 클수록 재결정 온도는 낮아집니다.

    오답 노트
    금속 순도: 순도가 높을수록 불순물의 방해(Pinning effect)가 적어 온도가 낮아짐
    최소 변형: 임계 변형량 이하에서는 재결정이 일어나지 않음
    초기 결정립: 결정립이 미세할수록 결정립계 면적이 넓어 핵 생성 사이트가 많아지므로 온도가 낮아짐
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71. 길이 100mm, 폭 50mm, 두께 5mm인 철판을 폭은 변화시키지 않고 길이 방향으로 140mm까지 냉간 압연하면 판의 최종두께(mm)는 약 얼마인가?

  1. 1.6
  2. 2.6
  3. 3.6
  4. 4.6
(정답률: 68%)
  • 냉간 압연 시 폭의 변화가 없다면, 재료의 전체 부피는 일정하게 유지된다는 원리를 이용합니다.
    $$\text{부피} = \text{길이} \times \text{폭} \times \text{두께}$$
    $$\text{부피} = 100 \times 50 \times 5 = 140 \times 50 \times t$$
    $$t = 3.57$$
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72. 알루미늄이 다른 금속에 비하여 교차 슬립(cross slip)이 자주 관측되는 가장 큰 이유는?

  1. 적층결함 에너지가 커서 적층결함의 폭이 좁기 때문이다.
  2. 적층결함 에너지가 작아서 적층결함의 폭이 넓기 때문이다.
  3. 면심정방격자(FCT)이기 때문이다.
  4. 체심입방격자(BCC)이기 때문이다.
(정답률: 75%)
  • 알루미늄은 적층결함 에너지가 매우 커서 부분 전위 사이의 간격(적층결함 폭)이 매우 좁습니다. 이로 인해 전위가 다른 슬립면으로 쉽게 이동하는 교차 슬립이 빈번하게 발생합니다.
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73. 재료가 초소성 특성을 나타내기 위한 요건을 설명한 것 중 틀린 것은? (단, Tm은 융해온도이다.)

  1. 확산계수가 커야 한다.
  2. 0.5Tm 이상의 온도이어야 한다.
  3. 10μm 이하의 미세한 결정립이어야 한다.
  4. 고온에서 결정 성장을 억제할 수 있는 제2상이 존재하여야 한다.
(정답률: 66%)
  • 초소성 특성을 나타내기 위해서는 미세한 결정립 유지와 고온 환경, 제2상의 존재 등이 필요하며, 확산계수 자체가 커야 한다는 것은 일반적인 요건이 아닙니다.

    오답 노트
    0.5$T_{m}$이상의 온도: 고온 변형을 위해 필수적인 조건임
    10$\mu\text{m}$이하의 미세 결정립: 결정립계 슬라이딩을 위해 필수적임
    제2상 존재: 고온에서 결정립 성장을 억제하여 미세 구조를 유지함
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74. 피로 저항을 향상시킬 수 있는 방법으로 옳은 것은?

  1. 결정립의 크기를 증가시킨다.
  2. 적층 결함에너지를 작게 한다.
  3. 소수의 심한 슬립역을 조장한다.
  4. 비금속 개재물의 수를 증가시킨다.
(정답률: 71%)
  • 적층 결함에너지가 작을수록 전위의 분리가 일어나 슬립면의 변화가 어려워지므로, 슬립의 집중이 억제되어 피로 저항이 향상됩니다.

    오답 노트
    결정립 크기 증가: 결정립을 미세화해야 강도와 피로 저항이 증가함
    심한 슬립역 조장: 응력 집중을 유발하여 균열 발생을 촉진함
    비금속 개재물 증가: 개재물 계면이 균열의 기점으로 작용함
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75. 면심입방금속에서 슬립면이 {111}이고, 슬립방향이 <110>이면 슬립계는 몇 개인가?

  1. 8
  2. 12
  3. 18
  4. 24
(정답률: 75%)
  • 면심입방구조(FCC)의 슬립계 수는 슬립면의 수와 각 슬립면 내의 슬립방향 수의 곱으로 결정됩니다.
    ① [기본 공식]
    $$\text{슬립계 수} = (\text{슬립면의 수}) \times (\text{면당 슬립방향의 수})$$
    ② [숫자 대입]
    $$\text{슬립계 수} = 4 \times 3$$
    ③ [최종 결과]
    $$\text{슬립계 수} = 12$$
    FCC 구조에서 $\{111\}$ 면은 4개이며, 각 면 내에서 $\langle 110 \rangle$ 방향은 3개 존재하므로 총 12개의 슬립계를 가집니다.
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76. 순금속의 재결정 온도가 높은 것에서 낮은 순으로 옳게 나열된 것은?

  1. 마그네슘＞납＞철
  2. 철＞마그네슘＞납
  3. 철＞납＞마그네슘
  4. 납＞마그네슘＞철
(정답률: 69%)
  • 재결정 온도는 일반적으로 금속의 융점(녹는점)에 비례합니다. 철, 마그네슘, 납의 융점 순서에 따라 재결정 온도 또한 철이 가장 높고 납이 가장 낮게 형성됩니다.
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77. 쌍정(Twin)에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 쌍정변형 후 양쪽 결정의 방향이 다르다.
  2. 원자의 이동거리는 한 원자거리보다 작다.
  3. 쌍정영역에서는 모든 원자면이 변형에 참여한다.
  4. 원자의 이동거리는 쌍정면으로 부터의 거리에 관계없이 일정하다.
(정답률: 63%)
  • 쌍정 변형은 거울 대칭 구조를 형성하는 변형으로, 원자의 이동 거리는 쌍정면으로부터 멀어질수록 비례하여 증가합니다.

    오답 노트
    원자의 이동거리는 쌍정면으로 부터의 거리에 관계없이 일정하다: 거리에 비례하여 증가함
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78. 공칭스트레인(ε0)과 진스트레인(ε)의 관계를 옳게 나타낸 것은?

  1. ε0 = 1/ε
  2. ε = ln(1-ε0)
  3. ε0 = ln(1+ε0)
  4. ε = ln(1+ε0)
(정답률: 81%)
  • 공칭스트레인은 초기 길이를 기준으로 하지만, 진스트레인은 변형 과정 중의 순간 길이를 기준으로 적분하여 계산하므로 자연로그 함수 관계로 나타납니다.
    $$\epsilon = \ln(1 + \epsilon_0)$$
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79. [그림]과 같이 응력축과 슬립면의 법선과의 각도를 ø, 응력축과 슬립방향과의 각도를 λ라고 할 때 분해전단응력 τ를 축 응력 σ로 표시한 것은?

(정답률: 76%)
  • 분해전단응력은 축 응력이 슬립면에 투영된 성분 중 슬립 방향으로 작용하는 성분을 의미하며, 이는 응력축과 슬립면 법선 사이의 각도 $\phi$와 응력축과 슬립방향 사이의 각도 $\lambda$의 코사인 값의 곱으로 결정됩니다.
    $$\tau = \sigma \cos \lambda \cos \phi$$
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80. 압흔(Indentor)의 깊이로 재료의 경도값을 나타내는 것은?

  1. Shore 경도계
  2. Meyer 경도계
  3. Scratch 경도계
  4. Rockwell 경도계
(정답률: 80%)
  • Rockwell 경도계는 압입자의 깊이(Depth) 차이를 직접 측정하여 경도값을 산출하는 방식의 대표적인 경도 측정법입니다.
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5과목: 표면공학

81. 알루미늄을 양극으로 하여 일정한 전해액에서 적정 조건으로 분극시킬 경우 양극산화피막이 생성된다. 공업적으로 쓰이고 있는 양극산화피막의 전해질로 적당하지 않은 것은?

  1. 황산(H2SO4)
  2. 수산(C2H2O4)
  3. 크롬산(CrO3)
  4. 염화칼륨(KCl)
(정답률: 77%)
  • 알루미늄 양극산화피막 형성에는 주로 황산($H_{2}SO_{4}$), 수산($C_{2}H_{2}O_{4}$), 크롬산($CrO_{3}$)과 같은 산성 전해질이 사용됩니다. 반면 염화칼륨($KCl$)은 피막 형성을 위한 적절한 전해질이 아닙니다.
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82. 금속의 표면에 기능을 부여하기 위하여 진공 용기 내에서 표면처리 하는 기술이 아닌 것은?

  1. 진공증착법
  2. 스퍼터링법(Sputtering)
  3. 이온도금(Ion Plating)
  4. 무전해도금(Electroless Plating)
(정답률: 69%)
  • 진공증착법, 스퍼터링법, 이온도금은 모두 진공 챔버 내에서 이루어지는 표면처리 기술이지만, 무전해도금(Electroless Plating)은 화학적 환원 반응을 이용한 액상 도금 공정으로 진공 용기를 사용하지 않습니다.
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83. 물리적 기상도금인 PVD의 특징이 아닌 것은?

  1. 처리온도가 높다.
  2. 기계적으로 응착이 된다.
  3. 밀착성이 CVD보다 낮다.
  4. 가열할 수 없는 물체에 적용할 수 있다.
(정답률: 71%)
  • PVD(물리적 기상도금)는 물리적인 방법으로 물질을 증착시키므로 CVD(화학적 기상도금)에 비해 처리 온도가 매우 낮다는 것이 핵심 특징입니다.

    오답 노트
    기계적 응착, 낮은 밀착성, 비가열 물체 적용 가능: PVD의 일반적인 특징입니다.
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84. SEM 이미지는 주입되는 전자에 의해 시료에서 방출되는 어떤 신호에 의해 영상화 되는 것인가?

  1. 투과 전자
  2. 이차 전자
  3. 특성 X-ray
  4. Auger 전자
(정답률: 79%)
  • SEM(주사전자현미경)은 가느다란 전자빔을 시료 표면에 주사하여, 이때 시료 표면에서 튀어나오는 이차 전자를 검출함으로써 표면의 형상을 영상화하는 장치입니다.
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85. Faraday 법칙에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 전기도금 시에 석출량은 원자량에 비례한다.
  2. 전기도금 시에 석출량은 원자가에 반비례한다.
  3. 전기도금 시에 석출량은 전하량에 반비례한다.
  4. 화학당량을 패러데이(Faraday)로 나눈 값을 전기화학당량이라 한다.
(정답률: 76%)
  • Faraday의 법칙에 따라 전기도금 시 석출되는 물질의 양은 흐른 전하량에 정비례합니다. 따라서 전하량에 반비례한다는 설명은 틀린 것입니다.

    오답 노트
    석출량은 원자량에 비례하고 원자가에 반비례하며, 화학당량을 패러데이 상수로 나눈 값이 전기화학당량이 됩니다.
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86. CVD법의 특징을 설명한 것 중 틀린 것은?

  1. 처리온도가 약 1000°C 정도로 높다.
  2. 파이프의 내면 미립자 등에도 피복이 가능하다.
  3. CVD법으로 형성된 피막은 모재와 확산 또는 반응을 일으켜 밀착성이 매우 좋다.
  4. 피막의 원료가 액체 상태로 공급되므로 복잡한 형상의 물체도 비교적 쉽게 균일한 피막을 얻을 수 있다.
(정답률: 73%)
  • CVD(화학 기상 증착)법은 원료가 액체가 아닌 기체 상태로 공급되어 반응하는 방식입니다. 따라서 원료가 액체 상태로 공급된다는 설명은 틀린 것입니다.

    오답 노트
    처리온도 약 $1000^{\circ}\text{C}$ 고온 공정, 내면 피복 가능, 모재와의 확산/반응으로 밀착성 우수함은 모두 CVD의 올바른 특징입니다.
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87. 도금용액의 불순물 제거 방법 중 금속이온이면 음극에서 환원시키고, 비금속이면 양극에서 산화시키는 방법은?

  1. 냉각법
  2. 약전해법
  3. 치환반응
  4. 활성탄처리
(정답률: 76%)
  • 약전해법은 도금용액 내의 불순물을 제거하는 방법으로, 금속 이온 불순물은 음극에서 환원시켜 제거하고 비금속 불순물은 양극에서 산화시켜 제거하는 원리를 이용합니다.
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88. 화성피막처리에 구리이온, 질산염 등을 첨가하여 처리시간을 5~10분으로 단축 시킨 피막처리법은?

  1. 본데라이징법
  2. 옥살산염처리법
  3. 인산염피막처리법
  4. 크로메이트처리법
(정답률: 72%)
  • 본데라이징법은 화성피막처리의 일종으로, 구리이온이나 질산염 등을 첨가하여 처리 시간을 5~10분 정도로 크게 단축시킨 효율적인 피막처리법입니다.
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89. 강의 피복처리에 이용되는 도포제의 특징으로 틀린 것은?

  1. 강재 표면의 부식이 방지된다.
  2. 산화 및 탈탄의 방지효과가 양호하다.
  3. 열처리 후에도 탈락이 잘 일어나지 않는다.
  4. 가열하는 중 박리와 균열이 발생하지 않는다.
(정답률: 63%)
  • 강의 피복처리에 사용되는 도포제는 가열 중 박리나 균열이 없어야 하며, 산화 및 탈탄 방지와 부식 방지 효과가 뛰어나야 합니다. 하지만 열처리 후에는 도포제가 쉽게 탈락되어 제거가 용이해야 하므로, 열처리 후에도 탈락이 잘 일어나지 않는다는 설명은 틀린 것입니다.
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90. PVD 진공증착법에서 증발원으로 사용되지 않는 것은?

  1. 방사성 가열 증발원
  2. 직접통전 가열 증발원
  3. 플라즈마 가열 증발원
  4. 고주파 유도코일 가열 증발원
(정답률: 60%)
  • PVD 진공증착법의 증발원은 주로 열에너지를 이용하는 방사성 가열, 직접통전 가열, 고주파 유도코일 가열 방식이 사용되며, 플라즈마 가열은 일반적인 증발원 방식으로 분류되지 않습니다.
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91. 염욕(salt bath) 열처리에서 염의 일반적인 구비조건이 아닌 것은?

  1. 가급적 흡수성 또는 조해성이 적어야 한다.
  2. 용해가 어렵고 유해가스 발생이 적어야 한다.
  3. 열처리 온도에서 염욕의 점성이 높고 휘산량이 커야 한다.
  4. 염욕의 순도가 높고 유해 불순물을 포함하지 않는 것이 좋다.
(정답률: 66%)
  • 염욕 열처리를 위한 염은 작업 효율과 안전을 위해 열처리 온도에서 점성이 낮아야 하며, 재료의 손실과 오염을 막기 위해 휘산량이 적어야 합니다.
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92. 화성처리에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 금속의 방청 및 도장하지 처리로 사용된다.
  2. 주로철강, 아연, 알루미늄을 대상으로 행해진다.
  3. 화학적인 방법으로 무기염의 얇은 피막을 입히는 방법이다.
  4. 화성처리의 화합물층이 반드시 그 금속의 화합물이 아닌 경우를 화성처리라 한다.
(정답률: 76%)
  • 화성처리는 화학적 반응을 통해 금속 표면에 무기염의 얇은 피막을 형성시키는 방법으로, 이때 형성되는 화합물층은 반드시 해당 금속의 화합물이어야 합니다.
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93. 강에 대한 프레스 뜨임에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 뜨임 온도의 정확성은 뜨임색으로 측정하면 착오가 생길 경우가 있다.
  2. 경화된 재료의 프레스 뜨임 효과는 1회에 효과가 나타나지 않고 2~3회를 거쳐야 한다.
  3. 조직의 변화를 일으키는 400°C 온도 범위에서 프레스를 가하여 변형 제거 및 교정을 한다.
  4. 조직의 변화를 일으키는 600°C 온도 범위에서 프레스를 가하여 변형 제거 및 교정을 한다.
(정답률: 63%)
  • 프레스 뜨임은 경화된 재료의 변형 제거 및 교정을 위해 조직 변화가 일어나는 $600^{\circ}C$ 부근의 온도 범위에서 수행하며, 일반적으로 1회 작업만으로도 충분한 효과를 얻을 수 있습니다.
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94. 오스포밍(ausforming)에 의한 가공 열처리와 관련이 없는 것은?

  1. 베이나이트 변태
  2. 강도와 인성의 향상
  3. 제어압연(controlled rolling)
  4. 불안정한 오스테나이트 상태
(정답률: 69%)
  • 오스포밍은 불안정한 오스테나이트 상태에서 가공을 통해 전위 밀도를 높여 강도와 인성을 향상시키는 공정으로, 제어압연과 원리가 유사합니다. 베이나이트 변태는 오스포밍의 핵심 메커니즘과 직접적인 관련이 없습니다.
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95. 침탄부품에 나타나는 결함에 있어 담금질할 때 수증기가 강 표면에 고착되는 원인에 의해 나타나는 결함으로 담금질 온도를 상승시키거나 10% 식염수에 담금질함으로써 해결할 수 있는 결함은?

  1. 연점
  2. 박리
  3. 경화불량
  4. 표면연화
(정답률: 57%)
  • 연점은 담금질 시 표면에 수증기 막이 형성되어 냉각 속도가 저하됨으로써 국부적으로 경화가 되지 않는 결함입니다. 이를 방지하기 위해 담금질 온도를 높이거나 식염수를 사용하여 냉각 성능을 향상시킵니다.
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96. 주사전자현미경(SEM)의 특징으로 틀린 것은?

  1. 전극재료로는 텅스텐이 널리 사용된다.
  2. 비전도성 재료는 금속 박막코팅이 필요하다.
  3. 반사 또는 후방으로 산란된 전자빔을 이용한다.
  4. 시편은 매우 얇은 박막형태이어야 하며 시편에 구멍이 있어야 한다.
(정답률: 85%)
  • 시편을 매우 얇은 박막 형태로 제작하고 구멍이 있어야 하는 것은 투과전자현미경(TEM)의 특징입니다. 주사전자현미경(SEM)은 시편 표면을 스캔하여 관찰하므로 이러한 제약이 없습니다.
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97. 고주파 경화에서 경화층의 깊이에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 주파수가 높을수록 경화 깊이는 얇아진다.
  2. 강재의 비저항이 클수록 경화 깊이는 깊어진다.
  3. 강재의 투자율이 높으면 경화 깊이는 얇아진다.
  4. 주파수가 일정할 때에는 온도가 높아짐에 따라 침투깊이가 작아진다.
(정답률: 60%)
  • 고주파 경화 시 침투 깊이는 주파수, 비저항, 투자율의 영향을 받으며, 온도가 상승하면 일반적으로 비저항이 증가하여 침투 깊이가 오히려 깊어집니다.

    오답 노트
    주파수가 높을수록/투자율이 높을수록: 침투 깊이 감소
    비저항이 클수록: 침투 깊이 증가
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98. 다음의 건식도금 방법 중 증착률이 가장 낮은 것은?

  1. 스퍼터링
  2. 화학증착
  3. 진공증착
  4. 이온도금
(정답률: 67%)
  • 스퍼터링은 가스 이온을 이용하여 타겟 재료를 떼어내어 증착시키는 방식으로, 진공증착이나 화학증착에 비해 증착 속도가 매우 느려 증착률이 가장 낮습니다.
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99. 양극산화 두께 측정법 중 비파괴식 두께 측정법이 아닌 것은?

  1. 와류에 의한 방법
  2. 산화피막 용해에 의한 방법
  3. 현미경에 의한 직접측정법
  4. 절연파괴전압에 의한 측정법
(정답률: 64%)
  • 비파괴 측정법은 시료를 손상시키지 않고 측정하는 방법입니다. 산화피막 용해법은 화학 약품을 이용해 피막을 녹여내어 두께를 측정하므로 시료가 파괴되는 파괴식 측정법에 해당합니다.
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100. 마텐자이트 조직의 경도가 큰 이유가 아닌 것은?

  1. 결정의 미세화
  2. 급냉으로 인한 내부응력
  3. 탄소원자에 의한 Fe 격자의 강화
  4. C의 확산변태에 의한 전위, 쌍정조직의 강화
(정답률: 78%)
  • 마텐자이트는 탄소의 확산이 억제된 상태에서 발생하는 무확산 변태 조직입니다. 따라서 탄소의 확산변태에 의해 강화된다는 설명은 마텐자이트의 형성 원리와 정반대되는 내용입니다.

    오답 노트
    결정의 미세화, 내부응력 발생, 탄소에 의한 격자 왜곡(강화)은 모두 마텐자이트의 고경도 원인이 맞습니다.
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