금속재료기사 필기 기출문제복원 (2017-05-07)

금속재료기사 2017-05-07 필기 기출문제 해설

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금속재료기사
(2017-05-07 기출문제)

목록

1과목: 금속조직학

1. 철강의 마텐자이트 변태의 특징이 아닌 것은?

  1. 결정구조의 변화
  2. 과포화 탄소의 고용
  3. 모상과 일정한 방위관계
  4. 탄소의 함량증가에 따라 Ms 온도의 상승
(정답률: 73%)
  • 마텐자이트 변태는 탄소 함량이 증가할수록 마텐자이트 변태 시작 온도인 $M_s$ 온도가 낮아지는 특성을 가집니다.
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2. ASTM 규정에서 결정입도 번호가 8일 때 배율 100배로 촬영한 1 in2 면적당 평균 결정립 수(n)는 몇 개 인가?

  1. 32개
  2. 64개
  3. 128개
  4. 256개
(정답률: 82%)
  • ASTM 결정입도 번호를 이용하여 100배 배율에서의 단위 면적당 평균 결정립 수를 구하는 공식입니다.
    ① [기본 공식] $n = 2^{N-1}$ (n: 결정립 수, N: 입도 번호)
    ② [숫자 대입] $n = 2^{8-1}$
    ③ [최종 결과] $n = 128$
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3. Fe-C평형 상태도에서 순철의 동소변태는 모두 몇 개 인가?

  1. 0
  2. 1
  3. 2
  4. 3
(정답률: 81%)
  • 순철의 동소변태는 온도 변화에 따라 결정 구조가 변하는 현상으로, $\alpha$-철(BCC) $\rightarrow$ $\gamma$-철(FCC) $\rightarrow$ $\delta$-철(BCC) 순으로 총 2번의 변태가 일어납니다.
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4. 일반적으로 재료 내부에는 재료의 특성과 주어진 조건(온도, 압력 등)에 따르는 평형결함농도가 존재한다. 평형결함농도 이상의 결함이 존재할때 관찰되는 현상이 아닌 것은?

  1. 전기저항의 증가
  2. 탄성계수의 증가
  3. 열전도도의 감소
  4. 기계적 성질의 향상
(정답률: 69%)
  • 재료 내부에 평형결함농도 이상의 결함이 존재하면 전자의 흐름을 방해하여 전기저항이 증가하고, 열전달을 방해하여 열전도도가 감소하며, 전위의 이동을 방해하여 기계적 성질(강도 등)이 향상됩니다. 하지만 탄성계수는 원자 간의 결합력에 의해 결정되는 고유 성질이므로 결함 농도에 의해 증가하지 않습니다.
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5. 용질원자가 용매원자에 고용되는 정도를 결정하는 중요 요소가 아닌 것은?

  1. 개재물
  2. 결정구조
  3. 원자의 크기
  4. 원자의 전기음성도
(정답률: 83%)
  • 용질 원자가 용매 원자에 고용되기 위해서는 두 원자 사이의 결정구조, 원자 크기의 유사성, 그리고 전기음성도와 같은 화학적 성질이 일치해야 합니다. 개재물은 금속 내부에 포함된 비금속성 불순물로, 고용도 결정 요소가 아닙니다.
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6. 고온의 불규칙상태의 고용체를 천천히 냉각하면 어느 온도에서 규칙격자가 형성되기 시작하는 이 온도의 명칭은?

  1. 규칙온도
  2. 천이온도
  3. 변형온도
  4. 불규칙온도
(정답률: 87%)
  • 고온의 불규칙 고용체를 냉각할 때, 무작위로 배열되어 있던 원자들이 특정 위치에 규칙적으로 배열되기 시작하여 규칙격자가 형성되는 임계 온도를 천이온도라고 합니다.
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7. Al 금속이 응고 할 때 결정이 성장하는 우선 방향은?

  1. [100]
  2. [001]
  3. [011]
  4. [111]
(정답률: 78%)
  • FCC 구조인 Al 금속의 응고 시 결정 성장 방향은 표면 에너지와 관련이 있습니다. 계면 에너지가 낮은 면이 우선적으로 형성되며, Al의 경우 [100] 방향으로의 성장이 주가 됩니다.
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8. 재결정에 관한 설명 중 틀린 것은?

  1. 가공도가 크면 결정이 미세화 된다.
  2. 금속의 순도가 높을수록 재결정온도는 증가한다.
  3. 재결정 일으키는 데에는 최소한의 변형이 꼭 필요하다.
  4. 변형 정도가 작을수록 재결정을 일으키는데 필요한 온도는 높아진다.
(정답률: 85%)
  • 재결정온도는 금속의 순도가 높을수록, 즉 불순물이 적을수록 원자의 이동이 쉬워져 낮아지는 특성을 가집니다.

    오답 노트
    가공도가 크면 결정 미세화: 맞음
    최소 변형 필요: 맞음
    변형 정도 작을수록 온도 상승: 맞음
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9. 체심입장정인 단결정에서 슬립(slip)이 잘 일어나는 방향은?

  1. [100]
  2. [110]
  3. [111]
  4. [122]
(정답률: 67%)
  • 체심입방격자(BCC) 구조에서 슬립은 원자가 가장 조밀하게 배열된 방향인 $\langle 111 \rangle$ 방향으로 가장 잘 일어납니다.
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10. FCC 금속에서 관찰되지 않는 결함은?

  1. annealing twin(어닐링 쌍정)
  2. mechanical twin(기계적 쌍정)
  3. intrinsic stacking fault(내재성 적층결함)
  4. extrinsic stacking fault(외재성 적층결함)
(정답률: 72%)
  • FCC 금속은 슬립 시스템이 많아 연성이 매우 좋기 때문에, 외부 응력에 의해 결정 구조가 거울 대칭으로 변하는 mechanical twin(기계적 쌍정)이 거의 발생하지 않습니다.
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11. 면심입방격자의 배위수는 몇 개인가?

  1. 4
  2. 8
  3. 12
  4. 16
(정답률: 86%)
  • 면심입방격자(FCC)에서 하나의 원자는 동일한 층의 4개, 위층의 4개, 아래층의 4개 원자와 인접해 있어 총 12개의 배위수를 가집니다.
    $$\text{배위수} = 12$$
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12. 확산계수(D)의 단위로 옳은 것은?

  1. cal/mole
  2. erg/cm2
  3. joule/atom
  4. cm2/sec
(정답률: 88%)
  • 확산계수 $D$는 단위 시간당 입자가 확산되는 면적의 비율을 나타내는 물리량으로, 길이의 제곱을 시간으로 나눈 단위를 사용합니다.
    $$\text{단위: } cm^{2}/sec$$
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13. Fe-C 평형상태도에서 γ고용체에서 시멘타이트 변태가 일어나는 선은?

  1. A1 변태선
  2. A2 변태선
  3. Acm 변태선
  4. A3 변태선
(정답률: 82%)
  • Fe-C 평형상태도에서 $A_{cm}$ 변태선은 오스테나이트($\gamma$) 고용체에서 시멘타이트가 석출되기 시작하는 고용선을 의미합니다.

    오답 노트
    A1 변태선: 공석 변태선
    A2 변태선: 시멘타이트의 자기변태점
    A3 변태선: 페라이트와 오스테나이트의 변태선
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14. 순동을 냉간 가공한 다음 상온에서 고온으로 천천히 계속 가열할 때 에너지를 가장 많이 방출하는 과정은?

  1. 잠복기
  2. 회복 과정
  3. 재결정 과정
  4. 결정립 성장 과정
(정답률: 82%)
  • 냉간 가공된 금속을 가열하면 회복, 재결정, 결정립 성장 순으로 변화합니다. 이 중 재결정 과정은 가공 경화로 인해 축적된 내부 에너지가 급격히 방출되며 새로운 결정립이 핵 생성 및 성장하는 단계이므로 에너지를 가장 많이 방출합니다.
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15. 포정반응이 공정반응보다 응고속도가 대단히 느린 가장 큰 이유는?

  1. 과냉속도가 낮기 때문이다.
  2. 용해온도가 같기 때문이다.
  3. 석출을 필요로 하기 때문이다.
  4. 고체 내 확산을 필요로 하기 때문이다.
(정답률: 87%)
  • 포정반응은 고체상과 액상 사이의 반응이 일어나므로, 원자가 고체 내부로 이동해야 하는 고체 내 확산 과정이 필수적입니다. 고체 내 확산 속도는 액체 내 확산보다 현저히 느리기 때문에 전체 응고 속도가 매우 느려집니다.
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16. 다음 그림과 같은 상태도는 액상(L1) ⇆ 액상(L2) + 고상(S) 일 때 어떤 반응의 상태도인가? (단, S는 고상, L1과 L2는 액상이다.)

  1. 공정반응
  2. 공석반응
  3. 포정반응
  4. 편정반응
(정답률: 74%)
  • 제시된 이미지 의 반응식 $L_1 \leftrightarrow L_2 + S$는 액상 하나가 다른 액상과 고상으로 분리되는 편정반응의 전형적인 특징입니다.
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17. 구리 및 구리합금의 현미경 조직 시험의 부식제로 가장 적합한 것은?

  1. 나이탈
  2. 염산 용액
  3. 수산화나트륨 용액
  4. 염화제2철 용액
(정답률: 84%)
  • 구리 및 구리합금의 조직을 관찰하기 위해 사용하는 대표적인 부식제는 염화제2철 용액입니다.
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18. 물의 상태도에서 3중점의 Gibbs 상률은?

  1. 0
  2. 1
  3. 2
  4. 3
(정답률: 90%)
  • Gibbs 상률 공식 $F = C - P + 2$를 사용하여 계산합니다. 물의 상태도에서 성분 수($C$)는 1(물)이며, 3중점은 고체, 액체, 기체 3상이 공존하므로 상의 수($P$)는 3입니다.
    ① [기본 공식] $F = C - P + 2$
    ② [숫자 대입] $F = 1 - 3 + 2$
    ③ [최종 결과] $F = 0$
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19. 다음의 밀러 지수 중 면간 거리가 가장 가까운 것은?

  1. (010)
  2. (120)
  3. (220)
  4. (130)
(정답률: 78%)
  • 입방 결정계에서 면간 거리 $d$는 밀러 지수 $(hkl)$의 제곱 합에 반비례합니다. 즉, $h^{2} + k^{2} + l^{2}$ 값이 클수록 면간 거리는 더 짧아져(가까워져)집니다.
    $(010) \rightarrow 0^{2}+1^{2}+0^{2} = 1$
    $(120) \rightarrow 1^{2}+2^{2}+0^{2} = 5$
    $(220) \rightarrow 2^{2}+2^{2}+0^{2} = 8$
    $(130) \rightarrow 1^{2}+3^{2}+0^{2} = 10$
    따라서 합계가 가장 큰 (130) 면의 면간 거리가 가장 가깝습니다.
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20. 규칙격자가 생기면 전기전도도가 커지는 가장 큰 이유는?

  1. 풀림을 단시간에 처리하므로
  2. 고온에서 핵생성이 촉진되므로
  3. 전도전자의 산란이 적어지므로
  4. 불규칙격자의 상화치환이 활발하므로
(정답률: 90%)
  • 격자 구조가 규칙적으로 배열되면 전도전자가 이동할 때 부딪히는 장애물이 줄어들어 전도전자의 산란이 적어지며, 결과적으로 전기전도도가 증가하게 됩니다.
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2과목: 금속재료학

21. 고속도공구강에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 대표적인 표준 조성으로는 18%W-4%Cr-1%V 이다.
  2. 적열경도를 유지시키기 위하여 W을 첨가한다.
  3. 내산화성과 경도를 높이기 위하여 Pb을 첨가한다.
  4. 고속도공구강은 고합금강이며 고속절삭에 사용한다.
(정답률: 66%)
  • 고속도공구강의 내산화성과 경도를 높이기 위해 첨가하는 원소는 Cr(크롬)이나 V(바나듐) 등이며, Pb(납)은 절삭성을 높이기 위한 쾌삭재에 주로 사용됩니다.

    오답 노트
    내산화성과 경도를 높이기 위하여 Pb을 첨가한다: Pb이 아닌 Cr, V 등을 첨가함
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22. Mg 및 그 합금에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. Mg은 실용재료로 비중이 약 8.5로 무거운 금속이다.
  2. 비강도(比强度)가 작아서 휴대용 기기나 항공우주용 재료로는 사용할 수 없다.
  3. Mg은 고온에서 매우 비활성이므로 분말이나 절삭설은 발화의 위험이 없다.
  4. 고순도의 제품에서는 내식성이 우수하나 저순도 제품에서는 떨어지므로 표면피막 처리가 필요하다.
(정답률: 79%)
  • Mg은 실용 금속 중 비중이 매우 낮아 가볍고 비강도가 매우 커서 항공우주 및 휴대용 기기 재료로 최적입니다. 또한 반응성이 매우 커서 분말이나 절삭설은 발화 위험이 높으며, 순도에 따라 내식성이 결정되므로 저순도 제품은 표면피막 처리가 필수적입니다.

    오답 노트
    비중이 약 8.5로 무거운 금속이다: 비중이 약 1.74로 매우 가벼움
    비강도가 작아서 사용할 수 없다: 비강도가 매우 커서 널리 사용됨
    발화의 위험이 없다: 반응성이 커서 발화 위험이 매우 높음
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23. Al-Cu-Si계 합금으로서 Si를 넣어 주조성을 개선하고 Cu를 첨가하여 피삭성을 향상시킨 합금은?

  1. Y합금
  2. 라우탈(Lautal)
  3. 로엑스(Lo-Ex)합금
  4. 하이드로날륨(Hydronalium)
(정답률: 71%)
  • Al-Cu-Si계 합금인 라우탈(Lautal)은 Si를 첨가하여 쇳물의 유동성을 높여 주조성을 개선하고, Cu를 첨가하여 기계 가공 시 칩 배출이 용이하도록 피삭성을 향상시킨 합금입니다.
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24. 베어링용 합금 중에서 고하중 고속전용 베어링으로 적합하며 주석계 화이트 메탈이라 불리우는 합금은?

  1. 오일라이트(oilite)
  2. 바이메탈(bimetal)
  3. 반메탈(bahn metal)
  4. 베빗메탈(babbit metal)
(정답률: 87%)
  • 주석(Sn)을 주성분으로 하는 화이트 메탈의 일종으로, 내마모성이 좋고 고하중 및 고속 회전 부위에 적합한 베어링 합금은 베빗메탈(babbit metal)입니다.
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25. Fe52%, Ni36%, Cr12%의 합금으로 고급시계나 정밀저울 등의 스프링 및 정밀기계 부품에 사용하는 것은?

  1. 엘린바
  2. 라우탈
  3. 덕타일
  4. 미하나이트
(정답률: 75%)
  • Fe 52%, Ni 36%, Cr 12%의 조성으로 열팽창 계수가 매우 낮아 온도 변화에 따른 치수 변화가 거의 없으므로, 고급 시계나 정밀 저울의 스프링 등 정밀 부품에 사용되는 합금은 엘린바입니다.
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26. 경질 합금의 소결 고온압착법(Hot Press Method)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 완성치수와 가까운 형상의 것을 얻을 수 있다.
  2. 로 내에서 1개씩 소결되므로 다량 생산방식을 사용할 수 없다.
  3. 소결온도와 압력을 잘못 조절하면 액상이 주위에 배어 나와 편석을 일으킨다.
  4. 조직이 조대하고 경도는 향상되며, 상온에서 압착한 소결체보다 표면조도가 낮다.
(정답률: 71%)
  • 소결 고온압착법은 고온에서 압력을 가해 소결하므로 상온 압착 방식보다 조직이 치밀해지고 경도가 향상되며, 표면조도가 더 우수해지는 특성을 가집니다.

    오답 노트
    조직이 조대하고 표면조도가 낮다: 조직이 미세해지고 표면조도가 향상됩니다.
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27. 5~20%Zn 황동으로 빛깔이 금빛에 가까우며 금박 및 금분의 대용품으로 사용되는 것은?

  1. 톰백(tombac)
  2. 문쯔 메탈(muntz metal)
  3. 하드 브라스(hard brass)
  4. 델타 메탈(delta metal)
(정답률: 76%)
  • Zn 함량이 5~20%인 황동으로, 색상이 금색과 매우 유사하여 금박이나 금분의 대용품으로 널리 사용되는 합금은 톰백(tombac)입니다.
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28. 반도체 기판으로 사용되며 단결정, 다결정, 비정질의 3종으로 사용되는 금속은?

  1. W
  2. Si
  3. Ni
  4. Cr
(정답률: 89%)
  • Si(실리콘)은 대표적인 반도체 물질로, 결정 구조에 따라 단결정, 다결정, 비정질의 세 가지 형태로 구분되어 반도체 기판 및 소자 제작에 사용됩니다.
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29. 강과 비교하여 회주철의 특징을 설명한 것 중 틀린 것은?

  1. 감쇠능이 크다.
  2. 피삭성이 좋다.
  3. 탄성계수가 높다.
  4. 인장강도에 비해 압축강도가 높다.
(정답률: 60%)
  • 회주철은 내부에 편상 흑연이 존재하여 강(Steel)에 비해 강성과 탄성계수가 낮습니다.

    오답 노트
    감쇠능이 크다: 흑연이 진동을 흡수함
    피삭성이 좋다: 흑연이 칩 분리를 도움
    인장강도에 비해 압축강도가 높다: 주철의 일반적 특성
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30. 주철의 성장을 방지하는 방법으로 틀린 것은?

  1. C 및 Si의 양을 적게 한다.
  2. 구상흑연을 편상화시킨다.
  3. 흑연의 미세화로 조직을 치밀하게 한다.
  4. Cr, Mo, V 등을 첨가하여 펄라이트 중의 Fe3C 분해를 막는다.
(정답률: 72%)
  • 주철의 성장을 방지하기 위해서는 흑연의 형태를 구상화하여 조직을 치밀하게 만들어야 합니다. 따라서 구상흑연을 편상화시킨다는 설명은 성장을 촉진하는 방향이므로 틀린 방법입니다.

    오답 노트
    C 및 Si의 양을 적게 한다: 흑연 생성 억제
    흑연의 미세화로 조직을 치밀하게 한다: 침투 경로 차단
    Cr, Mo, V 등을 첨가하여 펄라이트 중의 $Fe_{3}C$ 분해를 막는다: 탄화물 안정화
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31. 정적인 하중으로 파괴를 일으키는 응력보다 훨씬 낮은 응력으로도 반복하여 하중을 가하면 결국 재료가 파괴되는 현상은?

  1. 피로 현상
  2. 에릭션 현상
  3. 항복 응력 현상
  4. 크리프 한도 현상
(정답률: 86%)
  • 정적인 하중으로는 파괴되지 않는 낮은 응력이라도, 반복적인 하중(교번 하중)이 가해지면 재료 내부에 미세한 균열이 성장하여 결국 파괴되는 현상을 피로 현상이라고 합니다.
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32. 강중에 비금속 개재물의 영향을 설명한 것으로 틀린 것은?

  1. 재료 내부에 점재하여 인성을 해친다.
  2. 강에 백점이나 헤어 크랙의 원인이 된다.
  3. 산화철, 알루미나 등은 단조나 압연 중에 균열을 일으킨다.
  4. 열처리 하였을 때 개재물로부터 균열을 일으키기 쉽다.
(정답률: 72%)
  • 강재 내부의 백점(White spot)이나 헤어 크랙(Hair crack)은 비금속 개재물이 아니라, 강 속에 용해된 수소(H)가 외부로 방출되면서 발생하는 수소취성 현상에 의해 발생합니다.
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33. 분말야금법(Powder Metallurgy)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 경하고 취약한 금속제품의 단조가 가능하다.
  2. 통상의 용융방법으로는 얻을 수 없는 고융점 금속재료의 제조에 응용할 수 있다.
  3. 재료를 용해하지 않으므로 용기나 탈산제 등에서 오는 불순물의 혼입이 없어 순수한 금속을 제조할 수 있다.
  4. 부분적 용해는 있으나 전부 또는 대부분이 용해되는 일이 없으므로 각 성분금속의 배합비대로 또한 분말의 혼합이 균일하면 균일제품이 얻어진다.
(정답률: 58%)
  • 분말야금법은 금속 분말을 압축하고 소결하여 제품을 만드는 공정으로, 단조(Forging)와는 완전히 다른 제조 방식입니다. 특히 경하고 취약한 재료는 단조 시 균열이 발생하기 쉬워 분말야금법이 대안으로 사용됩니다.
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34. 철강에 함유되는 원소 중 Fe와 반응하여 저융점의 화합물을 형성하여 열간가공 시에 고온(적열)취성을 일으키는 원소는?

  1. N
  2. S
  3. O
  4. P
(정답률: 80%)
  • 황(S)은 철(Fe)과 반응하여 융점이 매우 낮은 $\text{FeS}$ 화합물을 형성하며, 이것이 결정립계에 응집되면 열간가공 시 고온에서 깨지는 적열취성을 유발합니다.
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35. 쾌삭강(free cutting steel)에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 연(Pb)쾌삭강에서 Pb는 미립자로 존재한다.
  2. 황복합쾌삭강은 S와 Pb를 동시에 첨가한 초쾌삭강이다.
  3. 황쾌삭강에서 MnS는 열간가공시 압연방향과 직각방향의 기계적 성질을 다르게 한다.
  4. 칼슘쾌삭강은 쾌삭성을 높이고 기계적성질을 저하시킨 강이다.
(정답률: 74%)
  • 칼슘쾌삭강은 쾌삭성을 부여하면서도 기계적 성질이 저하되지 않도록 설계된 강재입니다.

    오답 노트
    연(Pb)쾌삭강: Pb가 미립자로 분산되어 칩 분쇄를 도움
    황복합쾌삭강: S와 Pb를 모두 첨가하여 절삭성 극대화
    황쾌삭강: MnS 개재물이 압연 방향으로 배열되어 이방성 유발
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36. 다음 중 Ag-Cu 합금에 해당되는 것은?

  1. 스텔라이트(stellite)
  2. 핑크골드(pink gold)
  3. 스털링 실버(sterling silver)
  4. 화이트 골드(white gold)
(정답률: 79%)
  • 스털링 실버(sterling silver)는 은(Ag)에 구리(Cu)를 약 $9.25\%$ 첨가하여 강도를 높인 대표적인 Ag-Cu 합금입니다.
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37. 초강인강에 있어 예리한 노치를 넣은 다음 항복강도보다 낮은 정적 인장응력을 가하면 어느 시간 후에 갑자기 파괴되는 지체파괴(delated fracture)현상이 나타난다. 이러한 지체파괴의 원이을 설명한 것 중 틀린 것은?

  1. 잔류응력이 있을 때
  2. 응력집중부가 있을 때
  3. 압축응력이 있을 때
  4. 강재의 강도수준이 높을 때
(정답률: 54%)
  • 지체파괴는 높은 강도 수준의 강재에서 응력집중부나 잔류응력이 있는 상태로 인장응력을 받을 때 수소 취성 등에 의해 서서히 균열이 성장하다 파괴되는 현상입니다. 압축응력은 오히려 균열의 성장을 억제하므로 지체파괴의 원인이 될 수 없습니다.
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38. 질화강(nitriding steel)의 특징으로 옳은 것은?

  1. 경화층은 두껍고 경도가 침탄 한 것보다 낮다.
  2. 마모 부식에 대한 저항이 낮다.
  3. 피로강도가 크다.
  4. 고온강도가 낮다.
(정답률: 62%)
  • 질화강은 표면에 매우 단단하고 얇은 질화층을 형성하여 내마모성이 뛰어나고, 표면 압축 잔류응력으로 인해 피로강도가 크게 향상되는 특징이 있습니다.
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39. 금속의 일반적 특성이 아닌 것은?

  1. 전기의 양도체이다.
  2. 연성 및 전성이 크다.
  3. 금속 고유의 광택을 갖는다.
  4. 액체 상태에서 결정구조를 가진다.
(정답률: 85%)
  • 금속은 고체 상태에서 원자들이 규칙적으로 배열된 결정구조를 가지는 것이 특징입니다. 액체 상태에서는 원자 배열의 규칙성이 사라지므로 결정구조를 가질 수 없습니다.

    오답 노트
    전기의 양도체이다: 금속은 자유 전자 덕분에 전기를 매우 잘 전달하는 도체입니다.
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40. 게이지용 강의 특징을 설명한 것 중 틀린 것은?

  1. 내식성이 좋을 것
  2. 마모성이 크고 경도가 높을 것
  3. 담금질에 의한 변형이 적을 것
  4. 오랜 시간 경과하여도 치수의 변화가 적을 것
(정답률: 75%)
  • 게이지용 강은 정밀한 치수를 유지해야 하므로 마모가 적어야 하며, 경도가 높아야 합니다. 따라서 마모성이 크다는 설명은 게이지강의 목적에 어긋나는 잘못된 특징입니다.
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3과목: 야금공학

41. 다음 식 가운데 키르히호프 법칙(Kirchhoff’s Law)을 나타낸 식은?

  1. dH = dQ + Vdp
  3. △H = △E + △(PV)
(정답률: 72%)
  • 키르히호프 법칙은 온도 변화에 따른 반응 엔탈피의 변화율이 반응 전후의 정압 열용량 차이와 같음을 나타내는 법칙입니다.
    $$( \frac{\partial \Delta H}{\partial T} )_P = \Delta C_P$$
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42. 다음 중 열역학 제 3법칙에 해당되는 것은?

  1. 열역학적으로 내부 평형상태에 있는 계의 엔트로피 값은 절대온도 0 K에서 0 이다.
  2. 열역학적으로 내부 평형상태에 있는 겨의 엔트로피 값은 절대온도 0 K에서 (+)값을 갖는다.
  3. 순수하고 완전한 결정형 고체는 절대온도 0 K에서 (+)의 엔트로피 값을 갖는다.
  4. 순수하고 완전한 결정형 고체는 절대온도 0 K에서 (-)의 엔트로피 값을 갖는다.
(정답률: 87%)
  • 열역학 제 3법칙은 절대온도 $0\text{ K}$에서 완전한 결정 상태인 순수 물질의 엔트로피 값은 $0$이 된다는 법칙입니다. 따라서 열역학적으로 내부 평형상태에 있는 계의 엔트로피 값은 절대온도 $0\text{ K}$에서 $0$이다가 정답입니다.
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43. 이상요액의 증기압과 몰분율사이의 관계를 나타내는 식은?

  1. PA = XA PAo
  2. γe(A) = kPAo
  3. PA = kAo XA
  4. PA = kAo XA PAo
(정답률: 74%)
  • 라울의 법칙에 따라 이상 용액에서 성분 A의 증기압은 그 성분의 몰분율과 순수한 성분 A의 증기압의 곱으로 나타냅니다.
    $$P_A = X_A P_A^o$$
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44. “어떤 일정 온도에서 혼합기체가 나타내는 전체압력 P는 그 성분 기체들의 분압의 합과 같다.” 라는 것은 어떤 법칙인가?

  1. 달톤의 분압법칙
  2. 반델발스 분압법칙
  3. 아보가드로의 분압법칙
  4. 게이-루삭의 분압법칙
(정답률: 82%)
  • 혼합 기체의 전체 압력이 각 성분 기체의 분압의 합과 같다는 원리는 달톤의 분압법칙에 해당합니다.
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45. 이상기체 1 mole 이 25℃에서 10L 로부터 100L 로 가역 등온 팽창 시켰을 때의 △S의 값은? (단, 기체상수 R = 1.987 cal/mole·K 이다.)

  1. 4.575 cal/mole·K
  2. 45.75 cal/mole·K
  3. 9.152 cal/mole·K
  4. 91.52 cal/mole·K
(정답률: 69%)
  • 가역 등온 팽창 시 엔트로피 변화량은 기체 상수와 부피 변화의 자연로그 값의 곱으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta S = n R \ln \frac{V_2}{V_1}$
    ② [숫자 대입] $\Delta S = 1 \times 1.987 \times \ln \frac{100}{10}$
    ③ [최종 결과] $\Delta S = 4.575$ cal/mole·K
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46. 다음 내화물 중 열전도도가 가장 큰 것은?

  1. 규석
  2. 샤모트
  3. 마그네시아
  4. 카보랜덤
(정답률: 63%)
  • 카보랜덤(탄화규소, $SiC$)은 내화도가 높고 급열·급랭에 강하며, 특히 다른 내화물에 비해 열전도율이 매우 큰 특징을 가지고 있습니다.
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47. 청화액에 용해된 금이나 은의 회수 방법에서 이온화 경향의 차를 이용할 때 사용되는 것은?

  1. 황화물
  2. 아연 분말
  3. 활성 탄소
  4. 이온교환수지
(정답률: 56%)
  • 금이나 은보다 이온화 경향이 큰 아연 분말을 사용하면, 아연이 대신 산화되면서 용액 속의 금과 은 이온이 금속 형태로 석출되어 회수됩니다.
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48. 열역학 제 1법칙은 어느 것과 관계되는 법칙인가?

  1. 포화증기압
  2. 열의 이동방향
  3. 실내의 습도
  4. 에너지의 보존
(정답률: 88%)
  • 열역학 제 1법칙은 에너지는 생성되거나 소멸되지 않고 그 형태만 변한다는 에너지 보존 법칙을 의미합니다.
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49. 용선과 고철을 주원료로 하고 순산소를 취입하여 정련하는 제강법은?

  1. 반사로
  2. 전기로
  3. 전로
  4. 평로
(정답률: 79%)
  • 전로는 용선과 고철을 원료로 하여 순산소를 강하게 취입함으로써 불순물을 산화시켜 제거하는 대표적인 제강법입니다.
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50. 다음 중 활동도(a)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 표준상태에서 a = 1 이면 p = po 이다.
  2. 이상용액에서 aA = NA(A의 몰분율) 이다.
  3. 고용체에서 a는 농도에 따라 변하지 않는다.
  4. a = 0 이면 그 성분의 증기압은 0 으로 볼 수 있다.
(정답률: 74%)
  • 활동도(a)는 화학적 평형을 설명하기 위한 유효 농도 개념입니다. 고용체에서도 성분의 농도가 변하면 화학 퍼텐셜이 변하므로 활동도 역시 농도에 따라 변하게 됩니다.

    오답 노트
    표준상태에서 $a=1$이면 $p=p^{o}$이다: 표준 상태의 정의입니다.
    이상용액에서 $a_{A}=N_{A}$이다: 이상용액의 활동도는 몰분율과 같습니다.
    $a=0$이면 증기압은 0이다: 활동도가 0이면 해당 성분의 휘발성이 없음을 의미합니다.
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51. 다음의 평형반응을 오른쪽으로 진행시키기 위한 조건은? (단, △Ho = -192 kJ 이다.)

  1. 압력 감소와 온도증가
  2. 압력 증가와 온도증가
  3. 압력 감소와 온도감소
  4. 압력 증가와 온도감소
(정답률: 70%)
  • 르샤틀리에 원리에 따라 평형을 오른쪽으로 이동시키기 위한 조건을 분석합니다. 반응식은 $2SO_{2}(g) + O_{2}(g) \rightarrow 2SO_{3}(g)$ 입니다.
    1. 압력: 반응 전 기체 분자 수(3몰)보다 반응 후(2몰)가 적으므로, 압력을 증가시키면 부피가 줄어드는 방향인 오른쪽으로 진행합니다.
    2. 온도: $\Delta H^{o} = -192\text{ kJ}$로 발열 반응이므로, 온도를 낮추어야 열을 방출하는 방향인 오른쪽으로 진행합니다.
    따라서 압력 증가와 온도감소 조건이 필요합니다.
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52. Fe2O3 에 함유된 산소의 양은 약 몇 wt% 인가? (단, Fe : 56g/mole, O : 16g/mole 이다.)

  1. 70
  2. 30
  3. 21
  4. 16
(정답률: 84%)
  • 화합물 내 특정 성분의 중량 백분율(wt%)은 전체 분자량 대비 해당 성분 원자량의 합으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\text{wt}\% = \frac{\text{성분 원자량} \times \text{개수}}{\text{전체 분자량}} \times 100$
    ② [숫자 대입] $\text{wt}\% = \frac{16 \times 3}{(56 \times 2) + (16 \times 3)} \times 100$
    ③ [최종 결과] $\text{wt}\% = 30$
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53. 반응 A(solid) = 3B(gas) + C(gas) 가 평형상태에서 전압(全壓)을 P라 할 때 평형상수 KP는?

(정답률: 60%)
  • 평형상수 $K_{P}$는 기체 성분의 부분압 곱으로 나타내며, 고체(solid)는 활동도가 1이므로 식에서 제외합니다. 전체 압력이 $P$일 때, 각 성분의 몰분율은 $B$가 $\frac{3}{4}$, $C$가 $\frac{1}{4}$이므로 부분압은 각각 $\frac{3}{4}P$와 $\frac{1}{4}P$가 됩니다.
    ① [기본 공식] $K_{P} = (P_{B})^{3} \times (P_{C})^{1}$
    ② [숫자 대입] $K_{P} = (\frac{3}{4}P)^{3} \times (\frac{1}{4}P)^{1}$
    ③ [최종 결과] $K_{P} = \frac{27}{256}P^{4}$
    따라서 정답은 입니다.
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54. 완전 기체의 혼합 자유에너지의 변화 에서 여러 가지 성분의 기체가 자발적으로 혼합하려면?

  1. △Gmix와 관계없다.
  2. △Gmix가 0 이어야 한다.
  3. △Gmix가 양의 값이어야 한다.
  4. △Gmix가 음의 값이어야 한다.
(정답률: 79%)
  • 열역학적으로 모든 자발적인 과정은 자유에너지 변화량이 감소하는 방향으로 진행됩니다. 따라서 기체가 자발적으로 혼합되기 위해서는 혼합 자유에너지 변화량인 $\Delta G_{mix}$가 음의 값($\Delta G_{mix} < 0$)을 가져야 합니다.
    $$\Delta G_{mix} = \sum_{i} n_i R T \ln X_i$$
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55. 다음 중 염기성 내화물에 해당하는 것은?

  1. 규석질
  2. 납석질
  3. 샤모트질
  4. 마그네시아질
(정답률: 80%)
  • 내화물은 화학적 성질에 따라 산성, 염기성, 중성으로 나뉩니다. 마그네시아질($MgO$)은 대표적인 염기성 내화물입니다.

    오답 노트
    규석질, 납석질, 샤모트질: 산성 내화물
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56. 비커에 있는 더운 물을 다른 비커에 있는 찬 물과 혼합할 때 혼합과정에서의 엔트로피 변화는?

  1. 증가한다.
  2. 감소한다.
  3. 변화가 없다.
  4. 알 수 없다.
(정답률: 79%)
  • 열역학 제2법칙에 따라, 고온의 물에서 저온의 물로 열이 이동하는 자발적 혼합 과정이 일어나면 전체 계의 무질서도가 증가하므로 엔트로피는 항상 증가합니다.
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57. 가스 중 CO 26.0%, CO2 16.0% 일 때 이 가스 1m3 중의 탄소량은?

  1. 0.0347 kg
  2. 0.225 kg
  3. 0.784 kg
  4. 1.232 kg
(정답률: 63%)
  • 표준 상태($0^{\circ}C$, $1\text{atm}$)에서 기체 $1\text{m}^3$ 내의 탄소 질량을 구하는 문제입니다. 각 성분의 몰분율과 탄소의 원자량을 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\text{Mass} = \frac{V \times (y_{CO} + y_{CO_2}) \times M_C}{22.4}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\text{Mass} = \frac{1000 \times (0.26 + 0.16) \times 12}{22.4}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\text{Mass} = 225\text{ g} = 0.225\text{ kg}$$
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58. 다음 중 맥스웰 방정식(Mexwell equation)이 틀린 것은?

(정답률: 53%)
  • 맥스웰 방정식은 열역학적 상태함수의 편미분 관계를 나타냅니다. 의 경우, 올바른 관계식은 다음과 같아야 합니다.
    $$(\frac{\partial S}{\partial V})_{T} = (\frac{\partial P}{\partial T})_{V}$$
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59. 다음 열역학적 성질을 나타내는 상태함수 중 세기성질(intensive property)이 아닌 것은?

  1. 압력
  2. 온도
  3. 부피
  4. 몰분율
(정답률: 62%)
  • 세기성질(intensive property)은 물질의 양에 관계없이 일정한 성질을 말합니다. 부피는 물질의 양이 많아질수록 함께 증가하는 크기성질(extensive property)이므로 세기성질이 아닙니다.
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60. 중금속비화물이 균일하게 녹아 있는 인공적인 혼합물이며, Ni, Co, Pb 등의 용융 제련에서 생길 수 있는 것은?

  1. 매트
  2. 용제
  3. 황산염
  4. 스파이스
(정답률: 72%)
  • 스파이스(Specie)는 Ni, Co, Pb 등의 용융 제련 과정에서 발생하는 중금속 비화물이 균일하게 녹아 있는 인공적인 혼합물을 의미합니다.
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4과목: 금속가공학

61. 일반적으로 금속의 단결정에서 탄성율이 최대가 되는 방향은?

  1. [111]
  2. [110]
  3. [100]
  4. [101]
(정답률: 75%)
  • 금속의 단결정에서 탄성율은 방향에 따라 달라지는 이방성을 가집니다. 일반적으로 면심입방구조(FCC) 등의 금속에서 $[111]$ 방향이 원자 충진 밀도가 가장 높아 탄성율이 최대가 됩니다.
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62. 주석울음(tin-cry) 현상은 어느 변형에 속하는가?

  1. 슬립변형
  2. 쌍정변형
  3. 탄성변형
  4. 마텐자이트변형
(정답률: 82%)
  • 주석울음(tin-cry) 현상은 순수 주석을 구부릴 때 발생하는 특유의 소리로, 이는 결정 구조 내에서 원자들이 집단적으로 이동하는 쌍정변형에 의해 발생합니다.
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63. 금속 재료의 피로에 관한 설명 중 틀린 것은?

  1. 지름이 크면 피로 한도는 작아진다.
  2. 노치가 있는 시험편의 피로 한도는 크다.
  3. 표면이 거친 것이 고운 것보다 피로한도가 작아진다.
  4. 노치가 없을 때와 있을 때의 피로 한도 비를 노치계수라 한다.
(정답률: 70%)
  • 금속 재료의 피로 한도는 표면 상태와 형상에 큰 영향을 받습니다. 노치(Notch)는 응력 집중원으로 작용하여 피로 강도를 급격히 저하시키므로, 노치가 있는 시험편의 피로 한도는 노치가 없는 경우보다 작아집니다.

    오답 노트
    지름이 크면 피로 한도는 작아진다: 크기 효과로 인해 지름이 클수록 피로 한도가 감소하는 경향이 있음
    표면이 거친 것이 고운 것보다 피로한도가 작아진다: 표면 거칠기가 심할수록 응력 집중이 발생해 피로 한도가 낮아짐
    노치계수: 노치가 없을 때와 있을 때의 피로 한도 비를 의미함
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64. 완전전위가 두 개의 부분전위로 분해되면 두 부분전위는 두 부분전위 사이의 반발력과 인력이 균형을 이루는 폭(간격)으로 존재한다. 이 때 두 부분전위를 확장전위라 부르는데, FCC에서 확장나선전위의 교차슬립에 관한 설명 중 틀린 것은?

  1. 적층결함에너지가 클수록 교차슬립이 잘 일어난다.
  2. 부분전위 사이의 폭이 클수록 교차슬립이 잘 일어난다.
  3. Al. Ni 등의 금속은 적층결함에너지가 크기 때문에 교차슬립이 잘 일어난다.
  4. 황동(brass)은 적층결함에너지가 작기 때문에 교차슬립이 잘 일어나지 않는다.
(정답률: 71%)
  • 교차슬립이 일어나려면 분해된 부분전위들이 다시 합쳐져 완전전위가 되어야 합니다. 부분전위 사이의 폭이 클수록(적층결함에너지가 작을수록) 다시 합쳐지기 어려워 교차슬립이 잘 일어나지 않습니다.

    오답 노트
    적층결함에너지가 클수록: 부분전위 간격이 좁아져 교차슬립 용이
    Al, Ni: 적층결함에너지가 커서 교차슬립 활발
    황동: 적층결함에너지가 작아 교차슬립 억제
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65. 재료 내의 3개의 최대전단응력 중 어느 하나의 최대전단응력이 일정한 값에 이르면 항복이 일어난다는 항복 조건설은?

  1. Fink 의 항복조건
  2. Tresca 의 항복조건
  3. Ekelund 의 항복조건
  4. Nises – Hencky 의 항복조건
(정답률: 85%)
  • Tresca의 항복조건은 재료 내의 3개 주응력 중 최대전단응력이 특정 임계값(항복 전단응력)에 도달했을 때 항복이 시작된다고 보는 이론입니다.
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66. 나사나 기어 등을 제작할 때의 가공법으로 옳은 것은?

  1. 단조
  2. 전조
  3. 압출
  4. 인발
(정답률: 77%)
  • 전조는 금속 재료를 회전하는 다이스 사이에 넣고 강한 압력을 가해 소성 변형시키는 가공법으로, 나사나 기어의 치형을 정밀하고 빠르게 제작하는 데 최적화된 공법입니다.
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67. 재료가 초소성(super plasticity)을 나타낼 수 있는 조건으로 틀린 것은? (단, Tm은 절대 융점이다.)

  1. 고온이어야 할 것(T ＞ 0.4 Tm)
  2. 변형속도가 10-2/초 이하일 것
  3. 결정립이 수 μm 이하로 매우 미세할 것
  4. 비등축 결정이며, 변형 중 현미경 조직이 불안정할 것
(정답률: 80%)
  • 초소성이 나타나기 위해서는 고온($T > 0.4 T_m$), 낮은 변형속도($10^{-2}/s$이하), 그리고 매우 미세한 등축 결정립(수 $\mu m$이하)이 유지되어야 합니다. 따라서 비등축 결정이며 변형 중 조직이 불안정하다는 설명은 초소성 조건에 어긋납니다.
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68. 금속을 냉간가공하면 재료가 강화되는 이유를 옳게 설명한 것은?

  1. 모상에서 석출물이 형성되기 때문이다.
  2. 결정입자가 가공에 의해 조대화되므로 강화된다.
  3. 전위밀도가 증가하고 입자가 미세화되기 때문이다.
  4. 입자가 조대화되면서 전위밀도가 급증하기 때문이다.
(정답률: 81%)
  • 금속을 냉간가공하면 결정 내의 전위 밀도가 급격히 증가하고 결정 입자가 미세화되면서 전위의 이동이 방해받아 재료의 강도가 높아지는 가공 경화 현상이 발생합니다.
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69. 다이(die)의 구멍을 통하여 소재를 잡아 당겨 단면적을 줄이는 가공방법은?

  1. 압연
  2. 단조
  3. 인발
  4. 프레스
(정답률: 84%)
  • 인발은 소재를 다이 구멍을 통해 강제로 잡아당겨 단면적을 줄이고 길이를 늘리는 가공 방법입니다.

    오답 노트
    압연: 롤러 사이로 통과시켜 두께를 줄임
    단조: 해머나 프레스로 때려 성형함
    프레스: 금형을 이용해 전단이나 굽힘 가공함
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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: 75%)
  • 최대 전단응력은 주응력 방향과 $45^{\circ}$를 이루는 평면에서 발생하므로, 이 방향과 일치하는 슬립선 역시 주응력 방향과 $45^{\circ}$를 이룹니다.
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71. 고온크리프의 변형 기구에 해당되지 않는 것은?

  1. 전위의 상승
  2. 공공의 확산
  3. 쌍정의 발생
  4. 결정 입계의 미끄럼
(정답률: 64%)
  • 고온 크리프는 전위의 상승, 공공의 확산, 결정 입계의 미끄럼 등을 통해 변형이 일어납니다. 쌍정의 발생은 주로 저온이나 급격한 변형 시 발생하는 기구이므로 고온 크리프의 주요 변형 기구에 해당하지 않습니다.
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72. 재료의 가공경화는 다음 중 어떤 현상에 기인하는가?

  1. 결정립 크기의 감소
  2. 적층결함에너지의 증가
  3. 재료 내 전위밀도의 증가
  4. 불순물 원자에 의한 전위 고착
(정답률: 76%)
  • 가공경화는 재료를 소성 변형시킬 때 재료 내부의 전위 밀도가 증가하면서 전위들끼리 서로 이동을 방해하여 재료가 더 단단해지는 현상입니다.
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73. 최초 단면적이 60cm2 이던 강봉이 축방향으로 인장을 받아 단면적이 52cm2 로 줄었다. 체적이 일정하다면 축방향의 진변형률(true strain)은?

  1. 0.143
  2. 1.43
  3. 14.3
  4. 141.3
(정답률: 64%)
  • 체적이 일정할 때, 단면적 변화를 이용한 축방향 진변형률은 초기 단면적과 나중 단면적의 비율에 자연로그를 취하여 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\epsilon = \ln \frac{A_0}{A}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\epsilon = \ln \frac{60}{52}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\epsilon = 0.143$$
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74. HCP(조밀육방정)에서 완전 전위의 Burger 벡터 a0 가 2개의 shockley 부분 전위로 분해되는 반응식이 옳은 것은?

(정답률: 74%)
  • HCP 구조에서 완전 전위 $\mathbf{a}_0 [11\bar{2}0]$가 두 개의 Shockley 부분 전위로 분해되는 반응식은 벡터 합의 원리에 따라 다음과 같습니다.
    $$\mathbf{a}_0 [11\bar{2}0] \rightarrow \mathbf{a}_0 [10\bar{1}0] + \mathbf{a}_0 [01\bar{1}0]$$
    따라서 정답은 입니다.
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75. 로크웰 경도시험에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 기준하중은 98.07N 이다.
  2. C 스케일의 경우 HRC로 표기한다.
  3. 스케일 A, B, C 의 시험하중은 모두 같다.
  4. 다이아몬드 원추 압입자의 각도는 120° 이다.
(정답률: 83%)
  • 로크웰 경도 시험은 스케일에 따라 사용하는 압입자의 종류와 시험 하중이 다릅니다.

    오답 노트
    스케일 A, B, C 의 시험하중은 모두 같다: 스케일별로 하중이 서로 다르게 설정되어 있습니다.
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76. 취성 금속재료의 파괴가 표면 조건에 따라 민감하게 변화하는 현상은?

  1. 조폐(Joffe) 효과
  2. 스즈키(Suzuki) 효과
  3. 변형률 민감도 효과
  4. 텍스쳐(texture) 효과
(정답률: 79%)
  • 취성 금속재료에서 시편의 표면 상태나 표면 결함 등 표면 조건에 따라 파괴 응력이 민감하게 변화하는 현상을 조폐(Joffe) 효과라고 합니다.
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77. 가공경화(work hardening)와 관련이 적은 것은?

  1. 변형저항의 감소
  2. 경도의 증가
  3. 스테리인 경화
  4. 탄성한계의 상승
(정답률: 48%)
  • 가공경화는 소성 변형이 진행됨에 따라 전위의 밀도가 증가하여 서로의 이동을 방해함으로써 재료가 더 단단해지는 현상입니다. 따라서 경도가 증가하고 탄성한계가 상승하며, 스테리인 경화가 나타나지만, 변형저항은 오히려 증가하게 됩니다.
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78. 상온에서 큰 소성변형을 받은 재료를 어닐링하면 재결정이 일어나느데, 이 때의 구동력으로 옳은 것은?

  1. 회복현상
  2. 표면에너지
  3. 입계에너지
  4. 축적에너지
(정답률: 77%)
  • 냉간 가공으로 인해 재료 내부에 쌓인 전위와 격자 왜곡에 의한 에너지인 축적에너지가 재결정 시 새로운 결정립을 핵생성시키고 성장시키는 핵심 구동력이 됩니다.
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79. 충격에너지를 구하는 식으로 옳은 것은? (단, W : 해머의 무게(kg), R : 해머의 회전축 중심에서의 해머의 중심까지의 거리(m), α : 해머를 올렸을 때의 각도, β : 시험편 파괴 후 해머가 올라간 각도이다.)

  1. WR(sinα - sinβ)
  2. WR(sinβ - sinα)
  3. WR(cosα - cosβ)
  4. WR(cosβ - cosα)
(정답률: 86%)
  • 충격에너지는 해머가 시험편을 파괴하기 전의 위치에너지와 파괴 후 올라간 위치에너지의 차이로 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$E = WR(1 - \cos \alpha) - WR(1 - \cos \beta)$$
    ② [숫자 대입]
    $$E = WR - WR\cos \alpha - WR + WR\cos \beta$$
    ③ [최종 결과]
    $$E = WR(\cos \beta - \cos \alpha)$$
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80. 압출 과정에서 마찰이 너무 크거나 소재의 냉각이 심한 경우 제품 표면에 산화물이나 불순물이 중심으로 빨려 들어가 생기는 결함은?

  1. 셰브런(Chevron)
  2. 표면 균열(Surface crack)
  3. 에지 크랙(Edge crack)
  4. 파이프 결함(Pipe defect)
(정답률: 77%)
  • 압출 공정 중 마찰이 과도하거나 소재 냉각이 심할 경우, 표면의 산화물이나 불순물이 중심부로 말려 들어가면서 제품 끝단 중심에 공동(hole)이 생기는 파이프 결함(Pipe defect)이 발생합니다.
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5과목: 표면공학

81. 화학적 기상도금(CVD)의 반응 형식에 속하지 않는 것은?

  1. 치환반응
  2. 액체확산
  3. 수소환원
  4. 반응증착
(정답률: 79%)
  • 화학적 기상도금(CVD)은 기체 상태의 원료가 화학 반응을 통해 기판 표면에 고체 막을 형성하는 공정입니다. 치환반응, 수소환원, 반응증착은 모두 기상 반응을 통한 증착 방식이지만, 액체확산은 액체 상태의 물질이 이동하는 현상이므로 CVD의 반응 형식에 해당하지 않습니다.
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82. TEM에서는 다양한 회절패턴을 얻을 수 있다. 보기는 어떤 패턴에 관한 설명인가?

  1. Ring 패턴
  2. Kikuchi 패턴
  3. SAD(Selected Area Diffraction) 패턴
  4. CBED(Convergent Beam Electron Diffraction) 패턴
(정답률: 73%)
  • 제시된 이미지 의 설명처럼 TEM 회절 모드에서 밝고 어두운 한 쌍의 선들이 교차하는 모양이며, 시료의 두께가 두꺼울 때 비탄성 산란에 의해 형성되는 패턴은 Kikuchi 패턴의 특징입니다.
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83. 강의 뜨임 열처리 목적으로 옳은 것은?

  1. 연화 작업
  2. 표준화 작업
  3. 인성부여 작업
  4. 경도부여 작업
(정답률: 74%)
  • 강의 뜨임(Tempering)은 퀜칭 후 발생하는 취성을 제거하고 조직을 안정화시켜 재료에 끈기인 인성을 부여하기 위해 수행하는 열처리 작업입니다.

    오답 노트
    연화 작업: 풀림(Annealing)
    표준화 작업: 정규화(Normalizing)
    경도부여 작업: 담금질(Quenching)
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84. 플라스틱에 금속으로 전기도금하기 위해서는 화학적으로 금속화 처리를 해야 한다. 에칭된 플라스틱 표면에 감수성(Sensitizing)과 촉매를 부여하던 것을 주석과 팔라듐을 혼합하여 분산시켜 사용하는 처리방법은?

  1. 무전해 도금
  2. 에칭(Egching)
  3. 예비침지(Pre Dip)
  4. 캐탈리스팅(Catalysting)
(정답률: 66%)
  • 플라스틱 표면에 금속 도금을 하기 위해 주석(Sn)과 팔라듐(Pd) 혼합물을 사용하여 촉매를 부여하는 공정을 캐탈리스팅(Catalysting)이라고 합니다.
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85. 다음 중 전기 음성도가 큰 금속은?

  1. K
  2. Au
  3. Al
  4. Mg
(정답률: 65%)
  • 금속 원소 중 전기 음성도가 가장 큰 원소를 찾는 문제입니다. 제시된 금속들의 전기 음성도 값을 비교하면 Au(2.4) > Al(1.5) > Mg(1.2) > K(0.8) 순으로 Au가 가장 큽니다.
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86. 직류 스퍼터링에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 조성이 복잡한 것도 적용이 가능하다.
  2. 전류량과 생성피막의 두께가 정비례한다.
  3. 타깃(Target)은 금속과 비금속(세라믹 등) 모두 가능하다.
  4. 고에너지로 기판에 들어오게 되므로 밀착강도가 높다.
(정답률: 71%)
  • 직류(DC) 스퍼터링은 타깃에 직류 전압을 걸어 이온을 충돌시키는 방식으로, 전도성이 없는 비금속(세라믹 등) 타깃은 전하가 축적되어 사용할 수 없습니다. 비금속 타깃을 사용하려면 교류(RF) 스퍼터링을 사용해야 합니다.
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87. 질화법에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 질화 후에 수정이 가능하다.
  2. 침탄층의 경도는 질화층보다 높다.
  3. 처리강의 종류에 많은 제한을 받는다.
  4. 질화 후에 열처리가 필요하다.
(정답률: 69%)
  • 질화법은 질소의 확산을 이용한 표면 경화법으로, 질화 가능한 특정 합금강(알루미늄, 크롬 함유강 등)을 사용해야 하므로 처리강의 종류에 많은 제한을 받습니다.

    오답 노트
    질화 후에 수정이 가능하다: 변형이 적으나 고온 처리 후라 수정이 매우 어려움
    침탄층의 경도는 질화층보다 높다: 질화층의 경도가 일반적으로 더 높음
    질화 후에 열처리가 필요하다: 질화 자체가 표면 경화 공정이며 후열처리가 필요 없음
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88. 아노다이징(Anodizing) 처리의 주된 목적이 아닌 것은?

  1. 표면착색
  2. 내식성 향상
  3. Al2O3 피막형성
  4. 인장강도 향상
(정답률: 75%)
  • 아노다이징은 알루미늄 표면에 인위적으로 $\text{Al}_2\text{O}_3$ 산화 피막을 형성시켜 내식성을 향상시키고, 다공성 피막에 염료를 흡착시켜 표면착색을 하는 공정입니다. 이는 표면 처리 공정으로, 재료 자체의 기계적 성질인 인장강도를 향상시키지는 않습니다.
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89. 무전해 니켈도금의 용도에 사용되는 환원제가 아닌 것은?

  1. 히드라진
  2. 포르말린
  3. 붕수소화나트륨
  4. 하이포아인산나트륨
(정답률: 65%)
  • 무전해 니켈도금에서는 하이포아인산나트륨, 붕수소화나트륨, 히드라진 등이 환원제로 사용됩니다. 포르말린은 주로 무전해 구리도금의 환원제로 사용되므로 니켈도금의 환원제가 아닙니다.
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90. 광택 니켈도금액(와트액)에서 붕산의 역할에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 광택범위를 확대한다.
  2. 내부응력을 크게 한다.
  3. 도금면을 평활하게 한다.
  4. 붕산의 양이 모자라면 pH의 변동이 심해진다.
(정답률: 69%)
  • 붕산은 와트액에서 pH 완충 작용을 통해 pH 변동을 억제하고, 도금면을 평활하게 하며 광택 범위를 확대하는 역할을 합니다. 하지만 내부응력을 크게 하는 것이 아니라 오히려 내부응력을 완화시키는 역할을 하므로 틀린 설명입니다.
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91. 화학증착(CVD-Chemical Vapor Deposition)법을 옳게 설명한 것은?

  1. 피복하고자하는 금속을 증발하여 이온화시켜 피복한다.
  2. 타깃(Target)재료의 원자를 스퍼터(Sputter)시켜 마주보는 기판위에 피복한다.
  3. 금속용액에 기판을 침지하여 화학적으로 치환 도금한 것이다.
  4. 가열된 소재에 피복하고자 하는 피막성분을 포함한 원료의 혼합가스를 접촉시켜 증착한다.
(정답률: 71%)
  • 화학증착(CVD)은 가스 상태의 원료를 가열된 기판 표면에서 화학 반응시켜 고체 피막을 형성하는 증착 방식입니다.

    오답 노트
    금속 증발 이온화: PVD(물리적 증착)의 일종
    타깃 원자 스퍼터링: 스퍼터링(Sputtering) 방식
    금속용액 침지 치환 도금: 화학 도금 방식
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92. 철강, 아연 도금 제품 및 알루미늄 등을 희석된 인산염액에 처리하여 내식성을 지니는 피막을 형성하는 기술은?

  1. 도금처리
  2. 파커라이징
  3. 경질피막처리
  4. 무전해도금처리
(정답률: 73%)
  • 철강이나 아연 도금 제품 등을 희석된 인산염액으로 처리하여 내식성 피막을 형성하는 화학적 표면 처리 기술을 파커라이징(Phosphatizing)이라고 합니다.
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93. 용제화처리에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 초합금강에서는 내열성을 개량하는데 목적이 있다.
  2. 불수강에서는 내식성을 향상시키는 목적이 있다.
  3. 탄화물 및 기타의 화합물을 페라이트 중에 고용시킨 후 공기 중에 서랭시킨다.
  4. 헤드필드강(hadfield)에서는 강의 인성 및 내마모성을 유지하기 위해 사용한다.
(정답률: 69%)
  • 용제화처리는 탄화물 등을 고용시킨 후, 고온의 상태를 유지하며 급랭시켜 상온에서도 고용 상태를 유지하게 하는 처리입니다. 따라서 공기 중에 서랭시키는 것이 아니라 급랭시켜야 합니다.
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94. 강재를 침탄 담금질로 열처리할 경우 박리가 생기는 원인이 아닌 것은?

  1. 반복 침탄을 한 경우
  2. 재료의 강도가 높은 경우
  3. 원 재료가 너무 연한 경우
  4. 과잉침탄이 생겨 탄소함량이 너무 많은 경우
(정답률: 64%)
  • 침탄 담금질 시 박리는 주로 표면의 과도한 탄소 농도나 재료의 불균일성으로 인해 발생합니다. 재료의 강도가 높은 것 자체는 박리의 직접적인 원인이 아닙니다.

    오답 노트
    반복 침탄, 원 재료가 너무 연함, 과잉침탄: 모두 표면과 내부의 조직 차이를 심화시켜 박리를 유발하는 원인입니다.
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95. 전기도금이나 무전해도금 피막 중에 미립자를 분산시켜 도금하는 것을 분산도금이라 한다. 분산도금의 분산재(복합재)로서 적합하지 않은 것은?

  1. 실리콘 카바이드(SiC)
  2. 인조다이아몬드(CBN)
  3. 산화알루미늄(Al2O3)
  4. 산화구리(CuO)
(정답률: 71%)
  • 분산도금의 분산재는 일반적으로 경도가 매우 높거나 내마모성, 내식성이 우수한 세라믹 및 탄화물 입자를 사용합니다. $\text{SiC}$, $\text{CBN}$, $\text{Al}_{2}\text{O}_{3}$는 대표적인 고경도 분산재입니다.

    오답 노트
    산화구리($\text{CuO}$): 경도가 낮고 화학적 성질이 분산재로서의 목적(내마모성 향상 등)에 부합하지 않습니다.
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96. 다음 분위기 가스 중 침탄성 가스가 아닌 것은?

  1. CO 가스
  2. CO2 가스
  3. CH4 가스
  4. C3H8 가스
(정답률: 80%)
  • $\text{CO}_2$가스는 탄소를 제거하는 탈탄 작용을 일으키는 가스로, 탄소를 침투시키는 침탄성 가스가 아닙니다.

    오답 노트
    $\text{CO}$가스, $\text{CH}_4$가스, $\text{C}_3\text{H}_8$가스: 모두 탄소 공급원 역할을 하는 침탄성 가스입니다.
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97. 기체의 평균 자유행정(mean free path)을 가장 옳게 설명한 것은?

  1. 기체분자가 일정시간 동안 이동한 거리
  2. 기체분자가 자유롭게 이동할 수 있는 최대 거리
  3. 기체분자가 서로 충돌하기 전까지 갈 수 있는 거리
  4. 기체분자가 여러 번 충돌하는 시간을 평균으로 계산한 거리
(정답률: 77%)
  • 평균 자유행정(Mean Free Path)이란 기체 분자가 다른 분자와 충돌하기 전까지 이동하는 평균 거리를 의미합니다.
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98. 염욕에 의한 열처리시 중성염욕 중에서 강재의 침식을 일으키는 원인이 아닌 것은?

  1. 고온에서 대기 중의 산소
  2. 염욕에 함유된 유해 불순물
  3. 염욕 자체의 흡수성에 의한 수분
  4. 1000℃ 이상의 고온 염욕에 칼슘-실리콘을 첨가
(정답률: 75%)
  • 1000℃ 이상의 고온 염욕에 칼슘-실리콘을 첨가하는 것은 오히려 강재의 침식을 방지하거나 제어하기 위한 조치에 해당하며, 침식의 원인이 아닙니다.

    오답 노트
    고온에서 대기 중의 산소, 염욕에 함유된 유해 불순물, 염욕 자체의 흡수성에 의한 수분: 모두 강재의 침식을 유발하는 주요 원인입니다.
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99. 이온도금을 분류할 때 저온 플라즈마를 이용한 방식이 아닌 것은?

  1. 이온 빔 증착방식
  2. 활성반응증착방식
  3. 직류방전방식(DC법)
  4. 고주파방전방식(RF법)
(정답률: 62%)
  • 이온 빔 증착방식은 플라즈마를 이용하는 방식이 아니라, 가속된 이온 빔을 직접 타겟에 충돌시켜 증착시키는 방식입니다.

    오답 노트
    활성반응증착방식, 직류방전방식(DC법), 고주파방전방식(RF법): 모두 저온 플라즈마를 이용하는 방식입니다.
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100. 입방결정에 입사되는 X선의 파장이 λ 이고 입방결정의 단위포위 크기가 a 일 때, 회절이 일어날 수 있는 다음의 면 중 Bragg 각이 가장 큰 면은?

  1. (331)
  2. (222)
  3. (311)
  4. (400)
(정답률: 74%)
  • 브래그 법칙에 따라 회절각 $\theta$는 면간 거리 $d$에 반비례합니다. 즉, 면간 거리 $d$가 가장 작을 때 Bragg 각이 가장 큽니다. 입방결정의 면간 거리 공식 $d = \frac{a}{\sqrt{h^{2}+k^{2}+l^{2}}}$에서 밀러 지수의 제곱 합($h^{2}+k^{2}+l^{2}$)이 가장 큰 면이 $d$가 가장 작고 각도가 가장 큽니다.
    ① (331): $3^{2}+3^{2}+1^{2} = 19$
    ② (222): $2^{2}+2^{2}+2^{2} = 12$
    ③ (311): $3^{2}+1^{2}+1^{2} = 11$
    ④ (400): $4^{2}+0^{2}+0^{2} = 16$
    따라서 제곱 합이 19로 가장 큰 (331) 면의 Bragg 각이 가장 큽니다.
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