금속재료기사 필기 기출문제복원 (2016-05-08)

금속재료기사 2016-05-08 필기 기출문제 해설

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금속재료기사
(2016-05-08 기출문제)

목록

1과목: 금속조직학

1. 강의 마텐자이트 변태시 Ms 점을 강하시키는 경우는?

  1. 결정립의 조대화에 의해
  2. 높은 오스테나이트화 온도에 의해
  3. Co, Al 등 첨가원소의 영향에 의해
  4. Ms 점 직상에서의 가공응력에 의해
(정답률: 65%)
  • 마텐자이트 변태 시작 온도($M_s$ 점)는 합금 원소의 함량과 열처리 조건에 영향을 받습니다. 오스테나이트화 온도가 높을수록 결정립이 조대해지거나 합금 원소의 고용 상태가 변하여 $M_s$ 점이 강하하게 됩니다.

    오답 노트
    Co, Al: $M_s$ 점을 상승시키는 원소
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2. 순철의 상태도에서 가열시 γ-Fe이 나타나는 변태를 나타내는 것은?

  1. Ac2
  2. Ar2
  3. Ac3
  4. Ar3
(정답률: 85%)
  • 순철의 상태도에서 가열 시 페라이트($\alpha\text{-Fe}$)가 오스테나이트($\gamma\text{-Fe}$)로 완전히 변태되어 고용이 완료되는 지점을 $Ac_3$라고 합니다.

    오답 노트
    $Ar_3$: 냉각 시 페라이트의 석출이 시작되는 지점
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3. 스피노달 분해(spinodal decomposition)에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. (d2G/dX2) ＜ 0 이 만족될 때 스피노달 분해가 일어난다.
  2. 합금의 조성이 스피노달 영역 밖에 존재하면 합금은 준안정상태가 된다.
  3. 스피노달 조성 밖의 합금에서는 변태가 핵의 생성과 성장과정에 의해 진행되어야 한다.
  4. 스피노달 분해가 일어나기 위해서는 합금은 자유에너지 곡선상에서 두 변곡점 사이의 조성을 가져서는 안 된다.
(정답률: 81%)
  • 스피노달 분해는 자유에너지 곡선의 오목한 부분, 즉 두 변곡점 사이의 조성 영역에서 확산 장벽 없이 자발적으로 일어나는 상분리 현상입니다.
    따라서 스피노달 분해가 일어나기 위해서는 합금이 반드시 두 변곡점 사이의 조성을 가져야 하므로, 가져서는 안 된다는 설명은 틀린 것입니다.

    오답 노트
    $(d^2G/dX^2) < 0$이 만족될 때 스피노달 분해가 일어난다: 자유에너지 곡선이 오목한 구간의 수학적 조건입니다.
    합금의 조성이 스피노달 영역 밖에 존재하면 합금은 준안정상태가 된다: 핵 생성과 성장이 필요한 준안정 영역에 해당합니다.
    스피노달 조성 밖의 합금에서는 변태가 핵의 생성과 성장과정에 의해 진행되어야 한다: 준안정 영역에서의 전형적인 변태 기작입니다.
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4. 금속의 변태점 측정방법이 아닌 것은?

  1. 비열법
  2. 열분석법
  3. 자기분석법
  4. 성분분해법
(정답률: 69%)
  • 금속의 변태점은 온도 변화에 따른 열적, 자기적 성질의 변화를 측정하여 결정합니다. 비열법, 열분석법, 자기분석법은 모두 변태점 측정에 사용되는 대표적인 방법이지만, 성분분해법은 화학적 조성을 분석하는 방법으로 변태점을 측정하는 것과는 무관합니다.
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5. 열간 인발한 알루미늄의 횡단면 조직을 관찰한 결과 중심부에는 매우 미세한 결정립으로 구성되어 있으나 가장자리는 현저한 조대입자의 생성이 관찰되었을 때의 원인과 방지대책으로 적합한 것은?

  1. 원인 : 편석, 대책 : 재어닐링을 실시한다.
  2. 원인 : 불균일한 변형도, 대책 : 인발도를 증가시킨다.
  3. 원인 : 불순물 원소의 확산, 대책 : 재어닐링을 실시한다.
  4. 원인 : 공정온도의 불균일, 대책 : 공정온도를 상향 조정한다.
(정답률: 77%)
  • 알루미늄 인발 시 중심부는 미세하고 가장자리가 조대해지는 현상은 변형도가 불균일하게 분포했기 때문에 발생합니다. 이를 방지하기 위해서는 인발도를 증가시켜 변형의 균일성을 확보해야 합니다.
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6. 다음 중 회복에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 축적에너지가 회복의 구동력이다.
  2. 회복이 일어나면 새로운 결정립이 생성된다.
  3. 체심입방구조의 금속은 회복속도가 빠르다.
  4. 가공으로 생성된 점결함들이 사라지는 과정이다.
(정답률: 85%)
  • 회복은 가공 경화로 인해 축적된 에너지를 구동력으로 하여 전위 밀도가 감소하는 과정이며, 결정립의 이동이나 새로운 결정립의 생성은 일어나지 않습니다. 새로운 결정립이 생성되는 단계는 재결정 단계입니다.
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7. 다음 중 페라이트의 강도를 향상시키기 위한 첨가원소의 고려사항으로 틀린 것은?

  1. Fe와 전기음성도 차이가 큰 원소
  2. Fe와 다른 결정 구조의 원소
  3. Fe와 원자직경의 차이가 큰 원소
  4. 탄소의 고용도가 작은 원소
(정답률: 58%)
  • 페라이트의 강도를 높이기 위해서는 고용 강화 원리를 이용해야 하며, 이를 위해 Fe와 원자 크기 차이가 크거나 결정 구조가 다른 원소를 첨가하여 격자 왜곡을 유발해야 합니다. 전기음성도 차이는 화학 결합의 성질에 영향을 줄 뿐, 고용 강화의 직접적인 핵심 고려사항은 아닙니다.
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8. 마텐자이트 변태의 특징에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 변태 시 조성변화가 없다.
  2. 단상(單相)에서 단상으로 변화한다.
  3. 마텐자이트 상 안에는 격자결함이 없다.
  4. 변태와 함께 표면에 기복을 수반한다.
(정답률: 75%)
  • 마텐자이트 변태는 확산 없이 빠르게 일어나는 변태로, 격자 변형이 심하게 발생하여 내부에 많은 격자결함과 응력이 포함되는 것이 특징입니다.

    오답 노트
    변태 시 조성변화가 없다: 확산 없이 일어나므로 조성 변화 없음
    단상에서 단상으로 변화한다: 오스테나이트에서 마텐자이트로 변함
    표면에 기복을 수반한다: 격자 변형으로 인해 표면 굴곡 발생
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9. 금속의 소성변형기구가 아닌 것은?

  1. 슬립
  2. 쌍정
  3. 핵생성
  4. 입계미끄럼
(정답률: 82%)
  • 금속의 소성변형은 결정 격자 내에서 원자면이 미끄러지거나 재배열되는 기구에 의해 일어납니다.

    오답 노트
    핵생성: 상변태나 결정 성장의 시작 단계이며, 소성변형 기구가 아닙니다.
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10. 오스테나이트 안정화 원소에 해당되는 것은?

  1. Mn
  2. Si
  3. Cr
  4. Nb
(정답률: 86%)
  • 오스테나이트를 안정화시켜 변태 온도를 낮추는 원소는 Mn, Ni, Co 등이 있습니다.

    오답 노트
    Si, Cr, Nb: 페라이트 안정화 원소
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11. 완전 규칙상태에서 금속결정의 규칙도는?

  1. 0
  2. 0.5
  3. 1
  4. 1.5
(정답률: 93%)
  • 규칙도는 결정 내 원자들이 정해진 위치에 얼마나 정확하게 배열되었는지를 나타내는 척도입니다. 완전 규칙상태란 모든 원자가 이론적인 위치에 100% 배치된 상태를 의미하므로 규칙도는 1이 됩니다.
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12. 냉간가공 후 수행하는 풀림처리(annealing)에 대한 설명 중 옳은 것은?

  1. 열적으로 활성화 된 전위의 슬립에 의해 연화된다.
  2. 열응력(thermalstress)에 의해 강화된다.
  3. 재료의 강도에 영향을 미치지 않는다.
  4. 전위밀도의 감소에 의해 연화된다.
(정답률: 82%)
  • 냉간가공으로 인해 증가한 전위 밀도를 풀림처리를 통해 감소시킴으로써 재료가 다시 부드러워지는 연화 현상이 일어납니다.
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13. 다음 중 결정구조가 다른 하나는?

  1. Co
  2. Fe
  3. Zr
  4. Ti
(정답률: 82%)
  • Co, Zr, Ti는 모두 HCP(조밀육방구조) 결정구조를 가지지만, Fe는 온도에 따라 BCC($\alpha$-Fe) 또는 FCC($\gamma$-Fe) 구조를 가지므로 결정구조가 다릅니다.
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14. 성분 금속 A와 B가 전 농도에 걸쳐 액상과 고상에서 어떠한 비율로도 고용체를 만들 때를 무엇이라고 하는가?

  1. 편정형 고용체
  2. 공정형 고용체
  3. 포석형 고용체
  4. 전율 고용체
(정답률: 87%)
  • 두 성분 금속 A와 B가 액상과 고상 모두에서 전 농도 범위에 걸쳐 완전하게 고용체를 형성하는 경우를 전율 고용체라고 합니다.
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15. 금속간 화합물에 관한 설명 중 옳은 것은?

  1. 유기화합물과 같이 원자가 법칙을 따른다.
  2. 일반적으로 연하며, 간단한 결정구조를 갖는다.
  3. 일반적으로 융점이 낮아 고온에서 분해하지 않는다.
  4. 용매 Al에 Cu를 가하여 CuAl2합금을 형성하는 것을 말한다.
(정답률: 90%)
  • 금속간 화합물은 두 가지 이상의 금속 원소가 결합하여 특정한 화학 양론적 조성을 갖는 화합물로, 용매 Al에 Cu를 가하여 $\text{CuAl}_2$ 합금을 형성하는 것이 대표적인 예입니다.

    오답 노트
    원자가 법칙: 금속간 화합물은 유기화합물과 달리 원자가 법칙을 엄격히 따르지 않음
    결정구조: 일반적으로 매우 단단하고 복잡한 결정구조를 가짐
    융점: 일반적으로 융점이 높음
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16. 규칙화 합금에서 규칙도는 합금계, 온도, 열처리 등에 의해 변화하여 규칙화 영역이 서로 접하는 면이 생기는 경우가 있는데 이를 무엇이라 하는가?

  1. 입계
  2. 상경계
  3. 역위상경계
  4. 적층결함계
(정답률: 74%)
  • 규칙화 합금에서 규칙화 영역이 서로 접하여 생기는 경계면을 역위상경계라고 합니다.
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17. 다음 중 격자상수가 a=b≠c 이고, 축각이 α=β=γ=90° 인 결정계는?

  1. 입방정계
  2. 정방정계
  3. 사방정계
  4. 삼사정계
(정답률: 85%)
  • 결정계의 격자상수와 축각 조건에 따라 분류하며, $a=b \neq c$이고 $\alpha=\beta=\gamma=90^\circ$ 인 조건은 정방정계의 특징입니다.

    오답 노트
    입방정계: $a=b=c, \alpha=\beta=\gamma=90^\circ$
    사방정계: $a \neq b \neq c, \alpha=\beta=\gamma=90^\circ$
    삼사정계: $a \neq b \neq c, \alpha \neq \beta \neq \gamma \neq 90^\circ$
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18. 응축계(Condensed system)에서 적용되는 자유도를 구하는 식으로 옳은 것은? (단, F : 자유도, P : 상의 수, C : 성분의 수, 대기압 : 1기압으로 일정하다.)

  1. F = C + 1 – P
  2. F = C + 2 - P
  3. F = C + 3 – P
  4. F = C - P
(정답률: 88%)
  • 일반적인 깁스의 상률은 $F = C + 2 - P$이지만, 응축계는 대기압이 $1\text{atm}$으로 일정하게 고정되어 변수 하나가 제거되므로 자유도가 $1$ 감소합니다.
    ① [기본 공식]
    $$F = C + 1 - P$$
    ② [숫자 대입]
    $$F = C + 1 - P$$
    ③ [최종 결과]
    $$F = C + 1 - P$$
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19. 프랭크 리드 원(Frank-Read source)과 가장 관계가 깊은 것은?

  1. 전위의 생성원이다.
  2. 침입형 원자의 공급원이다.
  3. 결정입계의 이동을 용이하게 한다.
  4. 빈자리 이동에 가장 중요한 기구이다.
(정답률: 81%)
  • 프랭크 리드 원(Frank-Read source)은 고정된 두 지점 사이의 전위선이 응력에 의해 활처럼 휘어지며 새로운 전위 루프를 계속해서 만들어내는 전위의 생성원입니다.
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20. 재결정에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 재결정 온도가 감소하면 어닐링 시간이 감소한다.
  2. 금속의 순도가 높을수록 재결정 온도는 증가한다.
  3. 변형 정도가 작을수록 재결정을 일으키는데 필요한 온도는 높아진다.
  4. 가공온도가 증가하면 같은 재결정 거동을 얻는데 필요한 변형량이 감소한다.
(정답률: 76%)
  • 재결정 온도는 금속의 순도, 변형 정도, 가공 온도 등에 영향을 받습니다. 변형 정도가 작을수록 내부 에너지가 낮아 재결정을 일으키기 위해 더 높은 온도가 필요합니다.

    오답 노트
    재결정 온도 감소: 어닐링 시간 증가
    금속 순도 높을수록: 재결정 온도 감소
    가공온도 증가: 필요한 변형량 증가
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2과목: 금속재료학

21. 탄소강의 5대 원소가 아닌 것은?

  1. C
  2. Mn
  3. Si
  4. Mo
(정답률: 88%)
  • 탄소강의 성질에 큰 영향을 미치는 5대 원소는 탄소(C), 규소(Si), 망간(Mn), 인(P), 황(S)입니다. Mo(몰리브덴)는 특수 목적을 위해 첨가하는 합금 원소입니다.
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22. 마르에이징(maraging)강에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 극저탄소강 마텐자이트를 시효처리한 강이다.
  2. 고탄소강으로 Mn이 함유된 강이다.
  3. 우수한 인성을 위해 탄소함량이 매우 낮다.
  4. 금속간 화합물에 의한 석출강화로 강도를 높인 강이다.
(정답률: 72%)
  • 마르에이징강은 탄소 함량을 매우 낮게 유지하여 인성을 확보하고, 니켈(Ni) 함량을 높인 저탄소강입니다. 따라서 고탄소강이라는 설명은 옳지 않습니다.

    오답 노트
    시효처리: 저탄소 마텐자이트 상태에서 시효처리를 통해 강도를 높임
    석출강화: 금속간 화합물의 석출을 통해 초강력성을 구현함
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23. 다음 중 불변강의 종류가 아닌 것은?

  1. Invar
  2. Elinvar
  3. Inconel
  4. Superinvar
(정답률: 91%)
  • 불변강은 온도 변화에 따른 열팽창 계수가 매우 작은 강으로, Invar, Elinvar, Superinvar, 플래티나이트 등이 이에 해당합니다. Inconel은 내식성을 높인 Ni-Cr-Fe계 니켈 합금입니다.
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24. 황동의 자연균열(season cracking)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 외부에서의 인장하중에 의해서도 일어난다.
  2. Hg 및 그 화합물은 균열을 일으키게 한다.
  3. 암모니아 혹은 그 유도체가 있을 때에는 자연균열을 방지한다.
  4. 아연량이 많은 가공재를 180~260℃에서 응력제거풀림하면 자연균열을 방지할 수 있다.
(정답률: 79%)
  • 황동의 자연균열은 암모니아 또는 그 유도체가 존재하는 환경에서 촉진되는 응력부식균열의 일종입니다. 따라서 암모니아가 균열을 방지한다는 설명은 틀린 것입니다.

    오답 노트
    수은 및 그 화합물: 균열 촉진 요인임
    응력제거풀림: 내부 변형을 제거하여 균열 방지 가능
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25. Ti합금의 기본이 되는 합금형이 아닌 것은?

  1. α형
  2. β형
  3. η형
  4. (α+β)형
(정답률: 93%)
  • Ti합금은 결정 구조에 따라 $\alpha$형, $\beta$형, 그리고 이 둘이 혼합된 $(\alpha+\beta)$형으로 분류됩니다. $\eta$형은 Ti합금의 기본 합금형에 해당하지 않습니다.
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26. 해드필드(hadfield) 강에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 베이나이트 조직을 가진 강이다.
  2. 고온에서 서냉하면 결정립계에 M3C가 석출한다.
  3. 고온에서 서냉하면 오스테나이트가 마텐자이트로 변태한다.
  4. 열전도성이 나쁘고, 팽창계수도 커서 열변형을 일으킨다.
(정답률: 77%)
  • 해드필드(hadfield) 강은 망간을 약 $13\%$ 함유하여 상온에서도 오스테나이트 조직을 유지하는 강입니다.

    오답 노트
    베이나이트 조직을 가진 강이다: 오스테나이트 조직이 정답입니다.
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27. 전자강판(규소강판)에 요구되는 특성으로 옳은 것은?

  1. 철손(鐵損)이 클 것
  2. 투자율이 높고 포화자속밀도가 높을 것
  3. 사용 중에 자기 시효 변화가 클 것
  4. 박판을 적층하여 사용할 때 층간 저항이 낮을 것
(정답률: 81%)
  • 전자강판은 에너지 손실을 줄이고 효율을 높여야 하므로, 자기장을 잘 전달하는 투자율이 높고 포화자속밀도가 높은 특성이 요구됩니다.
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28. Mg-Al계 합금에 Zn과 Mn을 소량 첨가한 합금을 무엇이라 하는가?

  1. 실루민(Silumin)합금
  2. 엘렉트론(Elektron)
  3. 퍼말로이(Permalloy)합금
  4. 하이드로날름(Hydronalium)합금
(정답률: 74%)
  • Mg-Al계 합금에 Zn과 Mn을 소량 첨가하여 강도를 높인 합금을 엘렉트론(Elektron)이라고 합니다.

    오답 노트
    실루민(Silumin)합금: Al-Si계 합금
    퍼말로이(Permalloy)합금: Ni-Fe계 합금
    하이드로날름(Hydronalium)합금: Al-Mg계 합금
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29. 강에서 발생하는 백점(flake)의 주 원인은?

  1. S
  2. H2
  3. N
  4. O2
(정답률: 88%)
  • 강의 내부에서 수소 가스가 모여 압력을 형성함으로써 발생하는 내부 균열이나 결함을 백점(flake)이라 하며, 그 주원인은 $H_{2}$입니다.
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30. 강을 풀림할 경우 Austenite를 가능한 한 빨리 Pearlite로 변태시키기 위하여 S곡선의 Nose 또는 이보다 약간 높은 온도에서 처리하는 열처리 방법은?

  1. 완전 풀림(full annealing)
  2. 항온 풀림(isothermal annealing)
  3. 중간 풀림(process annealing)
  4. 변태점직하 풀림(subcritical annealing)
(정답률: 85%)
  • 오스테나이트를 S곡선의 Nose(코) 부분 또는 그보다 약간 높은 온도에서 일정 시간 유지하여 빠르게 펄라이트로 변태시키는 방법이 항온 풀림(isothermal annealing)입니다.
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31. 백선 또는 반선에 Ca-Si 합금을 0.3% 정도 첨가하여 미세흑연을 균일하게 분포시킨 펄라이트(Pearlite) 기지의 주철은?

  1. Meehanite 주철
  2. Acicular 주철
  3. Ni hard 주철
  4. Chilled 주철
(정답률: 75%)
  • Ca-Si 합금을 첨가하여 미세 흑연을 균일하게 분포시키고 펄라이트 기지를 형성하게 만든 고강도 주철을 Meehanite 주철이라고 합니다.
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32. 다음 중 Mg의 특성을 설명한 것으로 틀린 것은?

  1. 융점은 약 1100°C 이다.
  2. 비강도가 커서 항공우주용 재료로 사용된다.
  3. 감쇠능이 주철보다 커서 소음방지 구조재로서 우수하다.
  4. 상온에서 100°C까지는 장시간에 노출되어도 치수의 변화가 거의 없다.
(정답률: 73%)
  • 마그네슘(Mg)의 융점은 약 $650^{\circ}\text{C}$입니다. $1100^{\circ}\text{C}$는 융점이 아니라 끓는점에 해당합니다.
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33. 금속분말을 소결처리 할 때 성형체에서 일어나는 현상이 아닌 것은?

  1. 분말입자의 완전 용융
  2. 내부응력의 변화
  3. 치수의 변화
  4. 상의 변화
(정답률: 72%)
  • 소결은 분말 입자가 완전히 녹지 않고 고체 상태에서 확산에 의해 결합하는 공정입니다. 따라서 분말입자의 완전 용융은 소결의 정의에 어긋나는 현상입니다.
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34. 다음 중 초소성을 유발하여 재료의 초소성을 얻기 위한 초기 조직 조건이 아닌 것은?

  1. 모상입계는 저경각인 편이 좋다.
  2. 결정립의 모양은 등축이어야 한다.
  3. 결정립도는 μm이하로 미세하여야 한다
  4. 제2상이 수%에서 50% 정도 존재하는 것이 좋다.
(정답률: 74%)
  • 초소성을 얻기 위해서는 결정립계 미끄럼이 원활해야 하므로, 모상입계는 저경각이 아니라 고경각인 편이 유리합니다.
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35. 주철과 비교한 주강의 성질을 설명한 것 중 틀린 것은?

  1. 주철에 비하여 용융점이 높다.
  2. 주철에 비하여 응고시 수축률이 작다.
  3. 주철에 비하여 기계적 성질이 우수하다.
  4. 주철에 비하여 용접에 의한 보수가 용이하다.
(정답률: 64%)
  • 탄소(C)는 철의 수축을 방해하는 원소입니다. 주강은 주철보다 탄소 함량이 적기 때문에 응고 시 수축량이 더 큽니다.
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36. 일반적인 금속 분말에 325mesh 이하의 미립분말을 첨가하는 경우 겉보기 밀도가 변화하게 된다. 초기 분말의 형상과 겉보기 밀도의 변화가 옳게 짝지어진 것은?

  1. 초기 분말이 구상 분말 입자인 경우 : 증가
    초기 분말이 판상 분말 입자인 경우 : 증가
  2. 초기 분말이 구상 분말 입자인 경우 : 감소
    초기 분말이 판상 분말 입자인 경우 : 증가
  3. 초기 분말이 구상 분말 입자인 경우 : 증가
    초기 분말이 판상 분말 입자인 경우 : 감소
  4. 초기 분말이 구상 분말 입자인 경우 : 감소
    초기 분말이 판상 분말 입자인 경우 : 감소
(정답률: 81%)
  • 미립분말을 첨가하면 입자 사이의 빈 공간(간극)을 채우게 됩니다. 구상 분말은 입자 간 간극이 크므로 미립분말이 이를 채워 겉보기 밀도가 증가하지만, 판상 분말은 이미 입자들이 밀착되어 있어 미립분말 첨가 시 오히려 입자 간의 마찰이나 간섭을 일으켜 겉보기 밀도가 감소하게 됩니다.
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37. 탄소강에서 보통 200~300°C에서 연신율과 단면 수축율이 상온보다 저하되어 단단하고 깨지기 쉬운 성질은?

  1. 동소취성
  2. 상온취성
  3. 적열취성
  4. 청열취성
(정답률: 82%)
  • 탄소강을 $200 \sim 300^{\circ}C$ 부근으로 가열했을 때 연신율과 단면 수축률이 저하되어 취성이 나타나는 현상을 청열취성이라고 합니다. 이는 해당 온도 범위에서 강재의 표면이 푸른색으로 산화되기 때문에 붙여진 이름입니다.
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38. 표점거리 100mm인 인장시험편의 연신율이 30% 였을 때 늘어난 길이는 몇 mm 인가?

  1. 10
  2. 20
  3. 30
  4. 40
(정답률: 88%)
  • 연신율은 표점거리 대비 늘어난 길이의 비율을 백분율로 나타낸 것입니다.
    ① [기본 공식] $\Delta L = L_{0} \times \frac{\epsilon}{100}$ 늘어난 길이 = 표점거리 × (연신율 / 100)
    ② [숫자 대입] $\Delta L = 100 \times \frac{30}{100}$
    ③ [최종 결과] $\Delta L = 30$
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39. 탄소강에 합금원소를 첨가하여 합금강(특수강)을 만드는 목적으로 적당하지 않은 것은?

  1. 저온에서의 충격강도를 높인다.
  2. 열처리의 질량효과를 높인다.
  3. 부식환경에서의 내식성을 개선한다.
  4. 고온에서의 내열성(내산화성)을 개선한다.
(정답률: 85%)
  • 합금원소를 첨가하는 주된 목적은 경화능을 향상시켜 열처리의 질량효과를 낮추기 위함입니다. 질량효과가 높다는 것은 중심부까지 경화가 되지 않아 경화능이 낮다는 의미이므로, 품질 향상을 위해 질량효과를 일부러 높일 이유는 없습니다.

    오답 노트
    저온 충격강도 향상, 내식성 개선, 내열성 및 내산화성 개선은 모두 합금강 제조의 올바른 목적입니다.
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40. 강괴의 응고조직이나 단조압연상태의 좋고 나쁨 등을 조사하는 수단으로 강편이나 강제품의 결함 및 품질 상태를 검출하는 품질판정법으로 적합한 것은?

  1. 경화능시험
  2. 결정립도시험
  3. 설퍼프린트시험
  4. 매크로조직시험
(정답률: 83%)
  • 매크로조직시험은 강괴의 응고 조직, 단조 및 압연 상태의 품질, 내부 결함 등을 육안이나 저배율 확대경으로 검출하는 품질 판정법입니다.
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3과목: 야금공학

41. 황 32kg을 완전 연소시키기 위하여 필요한 산소량은 몇 kg 인가?

  1. 32
  2. 16
  3. 12
  4. 2
(정답률: 89%)
  • 황의 연소 반응식은 $\text{S} + \text{O}_2 \rightarrow \text{SO}_2$ 입니다. 반응물과 생성물의 몰비가 $1:1$이므로, 황의 원자량($32$)과 산소 분자량($32$)이 같아 필요한 산소의 질량은 황의 질량과 동일합니다.
    $$\text{S}(32\text{g}) + \text{O}_2(32\text{g}) \rightarrow \text{SO}_2(64\text{g})$$
    $$\text{S}(32\text{kg}) + \text{O}_2(32\text{kg}) \rightarrow \text{SO}_2(64\text{kg})$$
    $$\text{산소량} = 32\text{kg}$$
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42. 밀폐된 용기 속에 있는 표준상태(0°C, 1기압)의 헬륨 224ℓ를 100°C로 가열할 때 엔탈피 변화량(ΔH)은 몇 J 인가? (단, He는 이상기체이고, Cv = 3/2 R, Cp = 5/2 R 이며, 기체상수 R은 8.3144 J/k·mol 이다.)

  1. 2078J
  2. 6676J
  3. 20786J
  4. 66763J
(정답률: 68%)
  • 이상기체의 엔탈피 변화량은 몰수, 정압비열, 온도 변화량의 곱으로 계산합니다.
    먼저 표준상태($0^{\circ}\text{C}, 1\text{atm}$)에서 헬륨 $224\text{L}$는 $10\text{mol}$에 해당합니다.
    $$\Delta H = n C_p \Delta T$$
    $$\Delta H = 10 \times \frac{5}{2} \times 8.3144 \times 100$$
    $$\Delta H = 20786\text{ J}$$
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43. A-B 2성분계 용액에서 각 성분의 활동도 계수가 전조성 범위에서 1보다 큰 경우 다음 설명 중 옳은 것은?

  1. 용액을 만들 때 열이 발생한다.
  2. 라울의 법칙으로부터 부편차를 나타낸다.
  3. 같은 성분끼리 모이려는 밀집 경향을 나타낸다.
  4. 온도가 높아지면 활동도 계수값이 커지는 경향을 나타낸다.
(정답률: 67%)
  • 활동도 계수가 1보다 크다는 것은 성분 간의 인력보다 같은 성분끼리의 인력이 더 강해 라울의 법칙에서 정편차를 나타내는 경우입니다. 이는 서로 섞이기보다 같은 성분끼리 모이려는 밀집 경향이 강함을 의미합니다.

    오답 노트
    용액을 만들 때 열이 발생한다: 정편차의 경우 일반적으로 흡열 반응이 일어납니다.
    라울의 법칙으로부터 부편차를 나타낸다: 활동도 계수가 1보다 작을 때 부편차를 나타냅니다.
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44. 규사(SiO2)가 1800K에서 환원될 때 (SiO2+2C → Si+2CO) 엔트로피변화는 의 식에 의하여 계산되는데 이때 ΔS298의 값은 약 몇 J/mole·K 인가? (단, 298K에서 SCO=47.31, SSℓ=4.50, SC=1.36, SSℓO=10.0, 단위는 cal/°C·mole 이다.)

  1. 169.03J/mole·K
  2. 274.05J/mole·K
  3. 361.5J/mole·K
  4. 504.2J/mole·K
(정답률: 55%)
  • 표준 상태($298\text{K}$)에서의 엔트로피 변화량은 생성물의 엔트로피 합에서 반응물의 엔트로피 합을 빼서 계산합니다.
    $$\Delta S_{298} = (S_{Si} + 2S_{CO}) - (S_{SiO_2} + 2S_{C})$$
    $$\Delta S_{298} = (4.50 + 2 \times 47.31) - (10.0 + 2 \times 1.36)$$
    $$\Delta S_{298} = 86.4\text{ cal/mol}\cdot\text{K}$$
    단위를 $\text{J/mol}\cdot\text{K}$로 변환하기 위해 $1\text{ cal} = 4.18\text{ J}$를 곱합니다.
    $$\Delta S_{298} = 86.4 \times 4.18$$
    $$\Delta S_{298} = 361.152\text{ J/mol}\cdot\text{K}$$
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45. 1몰의 수증기가 25°C에서 압력 20mmHg로부터 0.50mmHg까지 등온 팽창할 때 깁스자유에너지 변화값(ΔG)은? (단, 수증기는 이상기체로 가정한다.)

  1. 0 J/mol
  2. 1827.6J/mol
  3. -9144.5J/mol
  4. 9144.5J/mol
(정답률: 65%)
  • 이상기체의 등온 팽창 과정에서 깁스 자유 에너지 변화는 압력 변화에 따른 식으로 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$ \Delta G = nRT \ln \frac{P_2}{P_1} $$
    ② [숫자 대입]
    $$ \Delta G = 1 \times 8.3144 \times 298.15 \times \ln \frac{0.5}{20} $$
    ③ [최종 결과]
    $$ \Delta G = -9144.5 $$
    단위는 J/mol 입니다.
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46. 어떠한 비정질 물질이 임계온도에서 비정질(amorphous)→결정질(crystalline)반응에 의해 결정물질로 된다. 이 반응의 엔탈피 변화량 ΔH와 관련된 설명으로 옳은 것은?

  1. ΔH는 0 이다.
  2. ΔH는 음수이다.
  3. ΔH는 양수이다.
  4. 물질에 따라 ΔH는 다르다.
(정답률: 69%)
  • 비정질 상태는 결정질 상태보다 에너지가 높은 불안정한 상태입니다. 따라서 에너지가 낮은 안정한 결정질로 변하는 반응은 에너지를 방출하는 발열 반응이므로 엔탈피 변화량 $\Delta H$는 음수($\Delta H < 0$)가 됩니다.
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47. 용융염 전해법으로 얻을 수 있는 금속은?

  1. Cu, Al
  2. Al, Mg
  3. Mg, Zn
  4. Zn, Cd
(정답률: 56%)
  • 반응성이 매우 커서 수용액 상태에서는 물과 먼저 반응하여 환원되지 않는 알루미늄(Al)이나 마그네슘(Mg) 같은 금속은 산화물을 고온으로 녹인 용융염 상태에서 전해법으로 얻어야 합니다.
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48. 용액의 준화학 모형(Quasi-chemical model)에 의한 과 라울(Raoult)형 이상거동으로부터의 편차에 대해 옳게 설명한 것은? (단, 그림에서 대각선은 라울형 이상편차를 나타낸다.)

  1. 와 편차는 무관하다.
  2. 이 음이면 부편차를 나타낸다.
  3. 이 양이면 부편차를 나타낸다.
  4. = 0 일 때에만 부편차를 나타낸다.
(정답률: 78%)
  • 준화학 모형에서 $\Delta \overline{H}_T^M$ (혼합 엔탈피)은 성분 간의 상호작용 에너지를 나타냅니다. 성분 간의 인력이 강해져 에너지가 방출되는 발열 반응($\Delta \overline{H}_T^M < 0$)이 일어날 때, 증기압이 낮아지는 부편차를 나타냅니다.

    오답 노트
    $\Delta \overline{H}_T^M$이 양이면: 정편차 발생
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49. 반 데르발스(van der Waals) 방정식을 올바르게 표현한 것은? (단, F는 몰부피를 나타낸다.)

(정답률: 76%)
  • 반 데르발스 방정식은 실제 기체의 거동을 설명하기 위해 분자의 크기와 분자 간 인력을 보정한 상태 방정식입니다.
    $$ (P + \frac{a}{V^2})(V - b) = RT $$
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50. 제게르 추 번호 SK34일 때 내화온도는?

  1. 1580°C
  2. 1650°C
  3. 1750°C
  4. 1850°C
(정답률: 70%)
  • 제게르 콘(Seger cone) 번호 SK34의 내화온도는 $1750^{\circ}C$입니다.
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51. 이상기체가 상태 1에서 상태2로 변할 때 그 과정에 따라 상태함수의 값이 항상 0(zero)이 될 수 있다. 다음 중 그 함수의 값이 항상 0(zero)이 아닌 것은?

  1. 단열 가역과정에서 일(W)
  2. 등온 비가역과정에서 엔탈피 변화(ΔH)
  3. 등온 가역과정에서 내부에너지 변화(ΔU)
  4. 단열 가역반응에서 계의 엔트로피 변화(ΔS)
(정답률: 69%)
  • 단열 가역과정에서 계가 외부로 일을 하거나 외부로부터 일을 받으므로, 일($W$)의 값은 0이 될 수 없습니다.

    오답 노트
    등온 과정의 엔탈피 및 내부에너지 변화: 이상기체는 온도가 일정하면 $\Delta H=0, \Delta U=0$임
    단열 가역과정의 엔트로피 변화: 가역 단열 과정은 등엔트로피 과정이므로 $\Delta S=0$임
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52. 고체연료에서 인공적으로 제조되는 가스가 아닌 것은?

  1. 수성가스(water gas)
  2. 석탄가스(coal gas)
  3. 천연가스(natural gas)
  4. 발생로가스(producer gas)
(정답률: 90%)
  • 천연가스는 지층 속에 천연적으로 매장되어 있는 가스로, 고체연료를 통해 인공적으로 제조하는 가스가 아닙니다.

    오답 노트
    수성가스, 석탄가스, 발생로가스: 고체연료(석탄, 코크스 등)를 원료로 인공 제조함
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53. ISP(Imperial Smelting Process) 법에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 소결과정을 거친다.
  2. 용광로 노내에서는 환원반응이 일어난다.
  3. Pb와 Zn을 용광로에서 동시에 제련하는 방법이다.
  4. 원료 광석 중 Pb의 품위는 높을수록 조업에 유리하다.
(정답률: 71%)
  • ISP법은 납(Pb)과 아연(Zn)을 동시에 제련하는 공정으로, 산화배소 후 소결 과정을 거쳐 용광로 내에서 환원반응을 통해 추출합니다. 이때 원료 광석 중 납의 품위가 너무 높으면 조업 효율이 떨어지므로, 적절한 품위 조절이 필요합니다.
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54. 다음 열역학의 기본식 중 틀린 것은? (단, A : Helmholtz 자유에너지, G : Gibbs 자유에너지, E : 내부에너지이다.)

(정답률: 66%)
  • 깁스 자유에너지 $G$의 기본 열역학 식은 $dG = -SdT + VdP + \sum \mu_i dn_i$ 입니다.
    따라서 식에서 $VdP$ 앞의 부호가 $-$로 잘못 표기되어 틀린 식입니다.
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55. 다음 중 은의 전해 경련법은?

  1. Dow법
  2. Mond법
  3. Moebius법
  4. Hybinette법
(정답률: 77%)
  • 은(Ag)의 정제에 사용되는 전해 경련법은 Moebius법입니다.

    오답 노트
    Dow법: 마그네슘(Mg) 생산법
    Mond법: 니켈(Ni) 정제법
    Hybinette법: 구리(Cu) 정제법
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56. 이상기체 1몰의 값은 무엇과 같은가? (단, R은 기체상수이다.)

  1. R/P
  2. -R/P
  3. 1/T
  4. -1/T
(정답률: 71%)
  • 맥스웰 관계식(Maxwell relations)을 이용하면 온도 $T$가 일정할 때 엔트로피 $S$의 압력 $P$에 대한 편미분 값을 구할 수 있습니다.
    $$( \frac{\partial S}{\partial P} )_T = - ( \frac{\partial V}{\partial T} )_P$$
    이상기체 상태방정식 $PV = RT$에서 $V = \frac{RT}{P}$이므로, 이를 $T$로 편미분하면 $( \frac{\partial V}{\partial T} )_P = \frac{R}{P}$가 됩니다.
    따라서 최종 값은 $-\frac{R}{P}$가 됩니다.
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57. 부피 팽창에 관계되는 일 이외는 어떤 일도 하지 않는 닫힌계에서 열역학 제ᅵ1법칙과 제2법칙을 결합한 관계식으로 옳은 것은? (단, U : 내부에너지, S : 엔트로피이다.)

  1. dU = PdV - TdS
  2. dU = PdV + TdS
  3. dU = -TdS - PdV
  4. dU = TdS - PdV
(정답률: 71%)
  • 열역학 제1법칙 $dU = dQ - PdV$와 제2법칙 $dQ = TdS$를 결합하면 내부에너지의 변화량을 엔트로피와 부피의 함수로 나타낼 수 있습니다.
    따라서 $dU = TdS - PdV$가 옳은 관계식입니다.
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58. O2의 분압이 10-20atm인 분위기 하에서 NiO-Ni가 평형상으로 공존하는 온도는? (단, 2NiO(s) =2Ni(s)+O2(g) : ΔG°= 489100-197 T(Joule/mole)이다.)

  1. 743K
  2. 793K
  3. 843K
  4. 893K
(정답률: 63%)
  • 평형 상태에서는 표준 자유에너지 변화량 $\Delta G^\circ$와 반응 지수 $K$ 사이의 관계식을 이용하여 온도를 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $\Delta G^\circ = -RT \ln K$
    ② [숫자 대입] $489100 - 197 T = -8.314 \times T \times \ln(10^{-20})$
    ③ [최종 결과] $T = 843.43 \text{ K}$
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59. 어떤 밀폐된 용기 내에 들어있는 기체의 압력에 관계되지 않는 것은?

  1. 온도
  2. 기체의 질량
  3. 기체의 분자량
  4. 기체의 독성
(정답률: 90%)
  • 이상기체 상태 방정식 $PV = nRT$ (또는 $PV = \frac{m}{M}RT$)에 따라 기체의 압력은 온도, 질량, 분자량, 부피에 의해 결정됩니다. 기체의 독성은 화학적 성질일 뿐 물리적인 압력과는 아무런 관계가 없습니다.
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60. 고로에서 사용되는 내화재의 조건이 아닌 것은?

  1. 열충격이나 마모에 강할 것
  2. 열전도도 및 냉각효과가 없을 것
  3. 고온에서 용융, 연화하지 않을 것
  4. 고온, 고압하에서 상당한 강도를 가질 것
(정답률: 87%)
  • 고로 내화재는 고온의 쇳물과 접촉하므로, 열을 효율적으로 외부로 방출하여 내화재 자체의 손상을 막기 위해 적절한 열전도도와 냉각효과가 반드시 필요합니다.
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4과목: 금속가공학

61. 취성파괴의 특징이 아닌 것은?

  1. 균열의 전파속도가 크다.
  2. 이온결정의 벽개파괴와 유사하다.
  3. 미소 소성변형이 거의 없는 빠른 균열전파에 의한 파괴이다.
  4. 균열전파 전에 상당량의 소성변형을 초래한다.
(정답률: 85%)
  • 취성파괴는 소성변형이 거의 없이 균열이 매우 빠르게 전파되는 파괴 형태입니다. 따라서 균열전파 전에 상당량의 소성변형을 초래한다는 설명은 연성파괴의 특징입니다.
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62. 평균 압연압력에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 윤활상태가 좋을수록 평균 압연압력이 크다.
  2. 소재의 폭이 크면 평균 압연압력도 크다.
  3. 롤(roll)의 지름이 작으면 평균 압연압력도 작다.
  4. 스트립의 두께가 두꺼울수록 평균 압연압력이 크다.
(정답률: 67%)
  • 평균 압연압력은 소재의 변형 저항과 마찰 조건에 의해 결정됩니다. 스트립의 두께가 두꺼울수록 압연 시 변형량이 적어지므로 평균 압연압력은 오히려 작아집니다.

    오답 노트
    윤활상태가 좋을수록: 마찰력이 감소하여 압연압력이 작아짐
    소재의 폭이 크면: 접촉 면적이 넓어져 전체 압력이 증가함
    롤의 지름이 작으면: 접촉 길이가 짧아져 압연압력이 감소함
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63. 칼날전위(negative edge dislocation)의 전위선과 그 버거스벡터가 이루는 각은?

  1. 0°
  2. 45°
  3. 90°
  4. 180°
(정답률: 87%)
  • 칼날전위(edge dislocation)는 전위선과 버거스 벡터가 서로 수직인 전위입니다. 따라서 두 벡터가 이루는 각은 $90^{\circ}$입니다.
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64. 탄성계수 E와 체적탄성계수 K의 관계식으로 옳은 것은? (단, ν : 프와송의 비이다.)

(정답률: 73%)
  • 탄성계수 $E$, 체적탄성계수 $K$, 프와송의 비 $\nu$ 사이의 관계식은 다음과 같습니다.
    $$\text{관계식: } K = \frac{E}{3(1-2\nu)}$$
    따라서 정답은 입니다.
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65. 금속재료에 균일한 인장하중을 가하여 제거한 후 다시 이와 반대방향으로 압축하중을 가하면, 전보다 작은 응력에서 항복이 생기는 것을 무엇이라 하는가?

  1. Peening효과
  2. 바우싱거효과
  3. 가공경화효과
  4. 크리이프효과
(정답률: 89%)
  • 금속재료를 한 방향으로 소성 변형시킨 후 반대 방향으로 하중을 가했을 때, 처음보다 낮은 응력에서 항복이 일어나는 현상을 바우싱거효과라고 합니다.

    오답 노트
    가공경화효과: 소성 변형으로 인해 재료가 더 단단해지는 현상
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66. t = 100MPa이고, 기타의 모든 σij = 0 일 때 최대전단응력은 얼마인가?

  1. 50MPa
  2. 100MPa
  3. 150MPa
  4. 200MPa
(정답률: 77%)
  • 주응력이 모두 0이고 전단응력 $t$만 존재하는 경우, 최대전단응력은 주어진 전단응력 값과 동일합니다.
    ① [기본 공식] $\tau_{max} = t$
    ② [숫자 대입] $\tau_{max} = 100$
    ③ [최종 결과] $\tau_{max} = 100\text{ MPa}$
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67. 전위의 집적이 생기면 전위의 증식원(源)인 프랭크 리드(Frank Read)원에도 응력이 미치는 것을 무엇이라고 하는가?

  1. 동적회복
  2. 시효응력
  3. 역응력
  4. 항복강하
(정답률: 77%)
  • 전위의 집적이 발생하여 그 응력이 전위의 증식원인 프랭크 리드(Frank Read)원까지 영향을 미치는 현상을 역응력이라고 합니다.
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68. FCC금속의 {111}면의 적층결함에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 적층결함에너지가 클수록 교차활주가 쉽다.
  2. 적층결함은 전위의 분해반응과 관련이 있다.
  3. 적층결함은 {111}면에 수직한<111>축에 대해 45도 회전을 함으로써 생길 수 있다.
  4. 적층결함의 에너지는 결함주위의 인접원자의 배위수 및 거리의 변화와 관련이 있다.
(정답률: 72%)
  • FCC 금속의 {111}면에서 적층결함은 원자 층의 적층 순서가 바뀌면서 발생하며, 이는 전위의 분해와 밀접한 관련이 있습니다. 적층결함은 특정 축에 대한 회전이 아니라 적층 순서의 오류(예: ABCABC $\rightarrow$ ABCBCA)로 인해 발생하므로 {111}면에 수직한 $\langle 111 \rangle$축에 대해 45도 회전을 함으로써 생긴다는 설명은 틀린 것입니다.
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69. 단조작업시 금형이 마지막 단계에 이르렀을 때 과잉의 금속은 금형 속으로부터 밀려나서 금속의 얇은 띠가 생기는 것을 무엇이라 하는가?

  1. 핫티어
  2. 플래시
  3. 플레이크
  4. 산화몰랩
(정답률: 84%)
  • 형단조 작업 시 소재가 금형 내부를 완전히 채우고 남은 과잉 금속이 상형과 하형 다이 사이의 틈새로 밀려나와 형성되는 얇은 띠 모양의 금속 조각을 플래시라고 합니다.
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70. 충격시험에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 재료의 연성 또는 취성을 판단하기 위해 시험한다.
  2. 체심입방정 금속의 노치인성은 온도에 크게 의존한다.
  3. 연성-취성 천이 온도가 높은 재료가 좋은 재료이다.
  4. 노치-바(notch-bar) 충격시험으로, 인장시험에서 관찰할 수 없는 재료들 간의 차이를 감지할 수도 있다.
(정답률: 73%)
  • 연성-취성 천이 온도(DBTT)는 재료가 연성에서 취성으로 변하는 임계 온도를 의미합니다. 이 온도가 낮을수록 저온에서도 취성 파괴가 일어나지 않고 연성을 유지하므로 더 우수한 재료로 평가합니다.

    오답 노트
    연성-취성 천이 온도가 높은 재료: 저온에서 쉽게 깨지는 취성 재료가 됨
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71. 크리프 강도가 높은 재료가 갖추어야 할 재료 물성 또는 미세조직적 요건 중 틀린 것은?

  1. 조대한 결정립
  2. 높은 융점
  3. 높은 격자저항
  4. 빠른 확산속도
(정답률: 73%)
  • 크리프는 고온에서 시간이 경과함에 따라 변형이 일어나는 현상으로, 원자의 확산이 활발할수록 크리프 변형 속도가 빨라집니다. 따라서 크리프 강도를 높이려면 확산 속도를 늦추어야 하므로, 빠른 확산속도는 크리프 강도를 저하시키는 요인이 됩니다.
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72. 변형률 속도감도 m에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 초소성금속은 m의 값이 크다.
  2. 초소성금속의 결정립은 매우 미세하다.
  3. m이 적으면 국부수축에 대한 저항이 크다.
  4. 초소성은 고온과 낮은 변형속도에서 나타난다.
(정답률: 68%)
  • 변형률 속도감도 $m$ 값이 클수록 국부적인 변형(necking)이 일어날 때 그 부위의 변형 속도가 빨라지며 저항이 증가하므로, 국부수축에 대한 저항이 커집니다. 따라서 $m$이 적으면 저항이 작아집니다.
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73. 열간가공에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 고온가공이므로 기계적 성질의 향상은 기대할 수 없다.
  2. 고온가공이므로 깨끗한 표면 마무리 작업이 어렵다.
  3. 장치의 소형화가 가능하지만 가열하는 부대시설이 필요하다.
  4. 윤활제의 사용이 냉간가공에 비하여 어렵고, 장치의 수명이 짧아진다.
(정답률: 75%)
  • 열간가공은 재결정 과정을 통해 결정립을 미세화함으로써 기계적 성질을 향상시킬 수 있습니다.

    오답 노트
    장치의 소형화: 가공 하중이 커지므로 대형 장치가 필요함
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74. 잔류응력에 대한 설명 중 옳은 것은?

  1. 전위의 집적은 잔류응력을 없애는 역할을 한다.
  2. 열간압연 제품의 표면에는 보통 인장 잔류응력이 발생한다.
  3. 잔류응력은 탄성응력이며 최대치로서 탄성한도의 값을 갖는다.
  4. shot peening 및 표면압연 등은 피로강도를 저하시킨다.
(정답률: 62%)
  • 잔류응력은 외력이 제거된 후 내부적으로 남아있는 탄성응력이며, 그 최대치는 재료의 탄성한도를 넘을 수 없습니다.

    오답 노트
    전위의 집적: 잔류응력을 증가시킴
    열간압연 표면: 보통 압축 잔류응력 발생
    shot peening: 표면에 압축 잔류응력을 부여하여 피로강도를 향상시킴
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75. 임계분해 전단응력의 법칙(Schmid의법칙)을 HCP금속으로 증명하기가 좋은 가장 큰 이유는?

  1. 슬립방향이 불규칙하므로
  2. 슬립계의 수가 적기 때문에
  3. 전단응력의 값이 크기 때문에
  4. 슬립면과 인장축 사이의 방향 차이를 적게 할 수 있으므로
(정답률: 74%)
  • HCP 금속은 FCC 금속에 비해 활성화되는 슬립계의 수가 매우 적기 때문에, 특정 슬립계의 작동을 분석하는 Schmid의 법칙을 증명하고 관찰하기에 매우 유리합니다.
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76. 금속재료의 항복(yield)은 어느 응력과 관계가 있는가?

  1. 평균 응력
  2. 정수 응력
  3. 등방향 응력
  4. 편차 응력
(정답률: 64%)
  • 금속의 소성 변형과 항복은 정수 응력(평균 응력)이 아닌, 형상 변화를 일으키는 편차 응력(Deviatoric stress)에 의해 결정됩니다.
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77. 직경 200mm 알루미늄합금 빌렛트를 직경 120mm로 압출할 경우 압출비는 약 얼마인가?

  1. 0.36
  2. 1.39
  3. 2.14
  4. 2.78
(정답률: 46%)
  • 압출비는 압출 전 빌렛트의 단면적과 압출 후 제품 단면적의 비율로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $R = \frac{A_0}{A_f} = \frac{D_0^2}{D_f^2}$
    ② [숫자 대입] $R = \frac{200^2}{120^2}$
    ③ [최종 결과] $R = 2.78$
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78. 결정입자 미세화 강화에 대 한설명으로 옳은 것은?

  1. 결정입계는 전위의 운동을 활성화시키고 슬립하는 전위와 상호작용운동을 한다.
  2. 결정입계는 전위의 운동을 방해하는 장애물로서 결정입자가 미세할수록 강도가 크게 된다.
  3. 결정입계는 전위의 운동과는 아무런 상관없이 결정입자가 미세할수록 강도가 크게 된다.
  4. 결정입계는 전위운동에 장애물로서 결정입자가 미세화 강화에 아무런 관계가 없다.
(정답률: 88%)
  • 결정입계는 전위(dislocation)의 이동을 가로막는 벽 역할을 합니다. 따라서 결정입자가 미세해질수록 입계의 면적이 넓어져 전위의 운동이 더 많이 방해받으므로 강도가 높아집니다.
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79. 의 값으로 옳은 것은? (단, a0는 격자상수이다.)

(정답률: 82%)
  • 주어진 벡터 합을 계산하여 최종 벡터를 도출하는 문제입니다.
    ① [기본 공식]
    $$\vec{R} = \frac{a_0}{3}[1, 1, 2] + \frac{a_0}{6}[1, 1, -1]$$
    ② [숫자 대입]
    $$\vec{R} = a_0 [ \frac{1}{3} + \frac{1}{6}, \frac{1}{3} + \frac{1}{6}, \frac{2}{3} - \frac{1}{6} ] = a_0 [ \frac{3}{6}, \frac{3}{6}, \frac{3}{6} ]$$
    ③ [최종 결과]
    $$\vec{R} = \frac{a_0}{2}[1, 1, 1]$$
    따라서 정답은 입니다.
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80. 전단저항이 45kg/mm2이고, 두께가 2mm, 전단 절단구 둘레 길이가 200mm인 강판을 동시에 자르는 데 필요한 최대 전단 하중은 몇 ton 인가?

  1. 18
  2. 20
  3. 34
  4. 45
(정답률: 62%)
  • 전단 하중은 전단저항, 두께, 절단 길이를 모두 곱하여 산출합니다.
    ① [기본 공식] $P = \tau \times t \times L$
    ② [숫자 대입] $P = 45 \times 2 \times 200$
    ③ [최종 결과] $P = 18000 \text{ kg} = 18 \text{ ton}$
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5과목: 표면공학

81. Cu 도금층의 밀착력을 향상시키기 위한 처리방법 중 밀착력이 가장 우수한 것은?

  1. 인산염 피막처리
  2. Cu 무전해 도금처리
  3. 황산욕에서 Cu 스트라이크처리
  4. 시안화욕에서 Cu 스트라이크처리
(정답률: 65%)
  • Cu 도금 시 시안화욕(Cyanide bath)을 이용한 스트라이크 처리는 금속 표면의 활성화가 뛰어나고 밀착력이 매우 우수하여, 본 도금 전 기초 층을 형성하는 데 가장 적합한 방법입니다.
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82. 진공증착, 스퍼터링, 이온도금으로 제조된 박막의 특성을 설명한 것 중 틀린 것은?

  1. 이온도금으로 제조된 박막의 부착강도가 가장 크다.
  2. 스퍼터링으로 제조된 박막의 도금속도가 가장 빠르다.
  3. 진공증착으로 박막을 제조할 때 기판의 온도 상승이 가장 작다.
  4. 진공증착과 이온 금으로 제조된 박막의 도금속도는 거의 비슷하다.
(정답률: 71%)
  • 박막 제조 공정 중 스퍼터링은 진공증착에 비해 증착 속도가 느린 편이며, 일반적으로 이온도금이나 진공증착과 비교했을 때 도금 속도가 가장 빠르다고 볼 수 없습니다.
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83. 알루미늄을 흑색으로 착색하기 위해 사용하는 약품은?

  1. 염화제2철
  2. 황산구리
  3. 몰리브덴산암모늄
  4. 황산니켈암모늄
(정답률: 69%)
  • 알루미늄의 양극산화 처리 후, 형성된 다공성 산화막의 구멍 속에 몰리브덴산암모늄 용액을 침투시켜 가열함으로써 흑색의 착색 피막을 형성합니다.
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84. 금속 위의 착색은 장식, 내식(방식), 광학적 기능을 얻기 위하여 처리 되어진다. 다음의착색 방법 중에서 철강의 착색 방법이 아닌 것은?

  1. 알칼리 착색법
  2. 인산염 피막법
  3. 알로딘(Alodine)법
  4. 템퍼칼라(Tempercolor)
(정답률: 85%)
  • 알로딘(Alodine)법은 알루미늄 및 알루미늄 합금의 내식성과 도장 밀착성을 높이기 위해 사용하는 크로메이트 처리법으로, 철강의 착색 방법이 아닙니다.
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85. 공구강을 퀜칭(담금질)할 때에는 균열이나 변형이 발생하기 쉽다. 이러한 균열이나 변형을 방지할 목적으로 퀜칭을 하기 전에 실시하는 열처리는?

  1. 항온풀림
  2. 구상화풀림
  3. 연화풀림
  4. 응력제거풀림
(정답률: 63%)
  • 공구강의 퀜칭 전, 탄화물을 구상화시켜 조직을 균일하게 함으로써 퀜칭 시 발생하는 급격한 부피 변화와 응력을 줄여 균열 및 변형을 방지하는 구상화풀림을 실시합니다.
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86. 물리적증착(PVD)법을 전기도금이나 용사법 등의 표면피복법과 비교하여 장점을 설명한 것 중 틀린 것은?

  1. 피막의 조성은 고순도가 된다.
  2. 피막과 기판의 부착력을 조절할 수 있다.
  3. 플라즈마를 사용하므로 공정을 구성하는 장치가 간단하고 비용이 비교적 저렴하다.
  4. 플라즈마(Plasma)상태의 화학적 활성을 이용하여 화합물의 피막을 생성시킬 경우 소재의 온도를 광범위하게 변화시킬 수가 있다.
(정답률: 86%)
  • 물리적증착(PVD)법은 플라즈마를 생성하고 유지하기 위한 고진공 장비와 정밀한 제어 시스템이 필요하므로, 공정을 구성하는 장치가 복잡하고 비용이 많이 듭니다.
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87. 알루미늄표면에 양극산화된 피막은 많은 봉공을 형성하고 있어 외부오염이나 내식성, 염색 후의 착색 안정성에 취약하다. 이러한 봉공을 처리하는 방법을 옳게 설명한 것은?

  1. 유기물 봉공처리 – 표면에 도막을 형성시키는 방법
  2. 금속염 봉공처리 – 오일 등을 도포하거나 침적하는 방법
  3. 수화 봉공처리 - 비등수, 가압증기에 의한 봉공 처리 방법
  4. 도장에 의한 봉공 – 금속염을 포함하는 뜨거운 물에 의한 처리
(정답률: 73%)
  • 수화 봉공처리는 비등수나 가압증기를 이용하여 알루미늄 양극산화 피막의 미세 구멍(봉공)을 수화물로 메워 내식성과 착색 안정성을 높이는 방법입니다.

    오답 노트
    유기물 봉공처리: 오일 등을 도포하는 방법입니다.
    금속염 봉공처리: 금속염을 포함한 뜨거운 물로 처리하는 방법입니다.
    도장에 의한 봉공: 표면에 도막을 형성시키는 방법입니다.
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88. 심냉처리에 관한 설명 중 틀린 것은?

  1. 공구강에 필요한 열처리이다.
  2. 심냉처리하면 퀜칭 경도가 증가 된다.
  3. 잔류오스테나이트를 펄라이트로 변태시킨다.
  4. 잔류오스테나이트가 존재하면 퀜칭 경도가 저하된다.
(정답률: 82%)
  • 심냉처리는 퀜칭 후 남아있는 잔류오스테나이트를 마르텐사이트로 변태시켜 경도를 높이고 치수 안정성을 확보하는 처리입니다. 따라서 잔류오스테나이트를 펄라이트로 변태시킨다는 설명은 틀린 것입니다.
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89. 금속용사 전처리 방법이 아닌것은?

  1. 용착법
  2. 버프연마법
  3. 샌드블라스트법
  4. 쇼트블라스트법
(정답률: 67%)
  • 금속용사 전처리는 용사 금속의 밀착력을 높이기 위해 표면의 산화막이나 이물질을 제거하고 거칠기를 부여하는 과정입니다. 버프연마법은 표면을 매끄럽게 광택을 내는 작업이므로, 밀착력을 저하시켜 전처리 방법으로 부적절합니다.
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90. 담금질 균열의 방지 대책으로 틀린 것은?

  1. 시간담금질을 채용한다.
  2. 구멍에는 찰흙이나 석면으로 채운다.
  3. Ms~Mf 범위는 가능한 한 급냉한다.
  4. 날카로운 모서리를 이루지 않도록 한다.
(정답률: 89%)
  • 담금질 균열은 급냉 시 발생하는 열응력과 변태응력 때문에 발생합니다. $M_s \sim M_f$ 범위(마르텐사이트 변태 구간)에서는 부피 팽창이 일어나므로, 급냉하기보다는 서서히 냉각하여 응력을 완화시켜야 균열을 방지할 수 있습니다.
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91. 내마모강으로 사용하는 고Mn강인 해드필드강을 샤르피충격치 및 연신율이 가장 높게 열처리할 수 있는 열처리 방법은?

  1. 고탄소강의 열처리 온도인 780°C에서 수냉하였다.
  2. 고탄소강의 열처리 온도인 780°C에서 서냉하였다.
  3. 오스테나이트화 온도 1100°C에서 수냉하였다.
  4. 300°C에서 수인처리하여 750°C에서 풀림처리하였다.
(정답률: 67%)
  • 해드필드강(고Mn강)은 오스테나이트 상태로 유지하여 내마모성과 인성을 극대화해야 하므로, 고온의 오스테나이트화 온도인 $1100^{\circ}C$에서 급냉(수냉)하여 상온에서도 오스테나이트 조직을 유지시키는 것이 가장 효과적입니다.
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92. 플라즈마 CVD 방법으로 코팅하는 이유에 해당하지 않는 것은?

  1. 밀착력의 향상을 위해
  2. Aspect Ratio를 높이기 위해
  3. 소지금속의 변형을 예방하기 위해
  4. 저온에서 코팅이 가능하도록 하기 위해
(정답률: 84%)
  • 플라즈마 CVD는 플라즈마를 이용해 반응 에너지를 공급함으로써 저온 코팅이 가능하게 하여 소지금속의 변형을 예방하고 밀착력을 향상시킵니다.

    오답 노트
    Aspect Ratio를 높이기 위해: 플라즈마 CVD는 일반 CVD에 비해 단차 피복성(Step Coverage)이 떨어져 종횡비(Aspect Ratio)를 높이는 데 불리합니다.
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93. 주사전자현미경은 초점심도(depth of focus)가 깊어 입체감이 있는 표면영상을 얻는데 매우 유용하다. 이 초점심도를 바르게 나타낸 식은? (단, D는 초점심도,γ은 CRT의 식별가능 최소거리, M은 배율, d은 프로브의 직경, 2α는 대물렌즈의 개구각이다.)

(정답률: 62%)
  • 주사전자현미경(SEM)의 초점심도는 CRT의 식별 가능 최소거리 $\gamma$와 배율 $M$, 프로브 직경 $d$, 개구각 $2\alpha$의 관계식으로 정의됩니다.
    $$D = \frac{(\frac{\gamma}{M}) - d}{2\alpha}$$
    따라서 정답은 입니다.
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94. 용접제품의 응력제거 풀림에 의하여 기대되는 효과가 아닌 것은?

  1. 치수의 변화 방지
  2. 용접잔류응력의 제거
  3. 응력부식에 대한 저항력 감소
  4. 노치인성 및 강도의 증가
(정답률: 70%)
  • 응력제거 풀림은 용접 후 잔류응력을 제거하여 치수 변화를 방지하고, 노치인성과 강도를 증가시키며, 응력부식에 대한 저항력을 높이기 위해 수행합니다.

    오답 노트
    응력부식에 대한 저항력 감소: 저항력을 높이는 것이 목적이므로 틀린 설명입니다.
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95. PVD 법에서 저항발열원으로 사용하는 내열성 금속이 아닌 것은?

  1. W
  2. Cu
  3. Mo
  4. Ta
(정답률: 80%)
  • PVD 법의 저항발열원은 고온에서도 증발하지 않고 견딜 수 있는 고융점 금속을 사용해야 합니다. Cu(구리)는 융점이 낮아 고온의 발열원으로 사용할 수 없습니다.

    오답 노트
    W, Mo, Ta: 융점이 매우 높은 대표적인 내열성 금속임
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96. 아연도금 후 변색을 방지하기 위해 처리하는 것은 다음 중 어느 것인가?

  1. 크로메이트 처리
  2. 인산염 피막처리
  3. 라커(Lacquer) 처리
  4. 크롬도금 처리
(정답률: 71%)
  • 아연도금 후 표면에 얇은 화학적 피막을 형성하여 내식성을 높이고 변색을 방지하기 위해 크로메이트 처리를 수행합니다.
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97. 진공증착기가 갖추어야 할 기본사항에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 필요한 물질은 단층으로만 증착이 이루어져야 한다.
  2. 진공펌프는 반응조 내의 기체를 허용 수준까지 감소시킬 수 있어야 한다.
  3. 진공도와 기타변수를 감시할 수 있는 계기가 부착되어 있어야 한다.
  4. 진공조는 증착시 필요한 정도의 진공도를 유지할 수 있어야 한다.
(정답률: 88%)
  • 진공증착기는 목적에 따라 단층뿐만 아니라 다층 증착(Multi-layer deposition)이 가능해야 하며, 반드시 단층으로만 이루어져야 한다는 설명은 틀린 것입니다.
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98. 강재의 침탄시 각종원소가 침탄에 미치는 영향으로 옳은 것은?

  1. Si는 침탄성을 증진시키는 효과가 크다.
  2. Mn은 침탄성을 저해시키는 효과가 크다.
  3. Ni은 표면탄소농도 및 침탄깊이를 증가시킨다.
  4. Cr은 강중에 탄소의 확산속도를 느리게 한다.
(정답률: 74%)
  • 크롬($Cr$)은 탄소와 강한 친화력을 가지고 있어 강 내부에서 탄소의 확산 속도를 늦추는 역할을 합니다.

    오답 노트
    Si는 침탄성을 저해함
    Mn은 침탄성을 증진시킴
    Ni은 표면 탄소 농도를 낮춤
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99. 고주파 열처리에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 주파수가 높을수록 침투깊이도 증가한다.
  2. 고유저항 값이 낮을수록 침투깊이는 증가한다.
  3. 표면, 제품 전체 및 내부 깊은 곳까지 열처리하는 방법이다.
  4. 차축이나 대형기어 등을 열처리함으로써 질량효과를 경감시킬 수 있다.
(정답률: 56%)
  • 고주파 열처리는 표면만 빠르게 가열하여 경화시키는 방법으로, 차축이나 대형 기어와 같은 부품의 표면을 강화함으로써 내부까지 가열할 때 발생하는 질량효과를 경감시킬 수 있습니다.

    오답 노트
    주파수가 높을수록 침투깊이 감소
    고유저항 값이 낮을수록 침투깊이 감소
    표면 위주의 국부적 열처리 방법임
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100. 주사전자현미경(SEM)을 통한 이미지 영상을 통해서 알 수 있는 것이 아닌 것은?

  1. 시료의 기공도
  2. 입자의 결정방위
  3. 시료파면의 형태
  4. 입자의 크기와 분포
(정답률: 75%)
  • 주사전자현미경(SEM)은 시료 표면의 형상, 크기, 분포 및 기공도 등을 관찰하는 장비입니다. 입자의 결정방위(Orientation)를 분석하기 위해서는 EBSD(전자후방산란회절)와 같은 특수 분석 장비가 필요합니다.
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