금속재료기사 필기 기출문제복원 (2019-04-27)

금속재료기사 2019-04-27 필기 기출문제 해설

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금속재료기사
(2019-04-27 기출문제)

목록

1과목: 금속조직학

1. 0.5%Wt 탄소강이 A1선 직상에서 평형상태를 유지하고 있는 경우 미세조직을 구성하고 있는 상 성분의 양은? (단, α의 탄소함유량은 0.025%, 공석점의 탄소함유량은 0.8%이다.)

  1. 페라이트 12%, 오스테나이트 88%
  2. 페라이트 18%, 오스테나이트 82%
  3. 페라이트 27%, 오스테나이트 73%
  4. 페라이트 39%, 오스테나이트 61%
(정답률: 84%)
  • 레버 룰(Lever Rule)을 이용하여 각 상의 분율을 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\text{Ferrite} = \frac{C_{\gamma} - C_0}{C_{\gamma} - C_{\alpha}} \times 100$$
    $$\text{Austenite} = \frac{C_0 - C_{\alpha}}{C_{\gamma} - C_{\alpha}} \times 100$$
    ② [숫자 대입]
    $$\text{Ferrite} = \frac{0.8 - 0.5}{0.8 - 0.025} \times 100$$
    $$\text{Austenite} = \frac{0.5 - 0.025}{0.8 - 0.025} \times 100$$
    ③ [최종 결과]
    $$\text{Ferrite} = 38.7 \approx 39\%$$
    $$\text{Austenite} = 61.3 \approx 61\%$$
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2. 압력이 일정한 분위기에서 3성분계가 4개의 상으로 존재할 경우 자유도는?

  1. 0
  2. 1
  3. 2
  4. 3
(정답률: 82%)
  • 깁스의 상법칙을 이용하며, 압력이 일정할 경우 자유도 변수 하나가 고정되어 $F = C - P + 1$ 공식을 적용합니다.
    ① [기본 공식] $F = C - P + 1$
    ② [숫자 대입] $F = 3 - 4 + 1$
    ③ [최종 결과] $F = 0$
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3. 2성분계 상태도에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 상태도 중에 나타나는 수평선의 자유도는 0(zero)이다.
  2. 1개의 수평선은 2개 영역의 경계선이 된다.
  3. 상태도 상의 한 구역에는 3개 이상의 상이 존재할 수 없다.
  4. 상태도 위에 서로 대응하고 있는 곡선은 평형상태에 있는 2개 상의 조성을 나타낸다.
(정답률: 57%)
  • 2성분계 상태도에서 수평선(공정선 등)은 일반적으로 3개 이상의 상이 공존하는 지점으로, 2개 영역의 경계가 아니라 여러 상의 평형 상태를 나타냅니다. 깁스의 자유도 공식 $$F = C - P + 1$$ (압력 일정 시)에 따라 상의 개수 $P$가 3개일 때 자유도 $F$는 0이 됩니다.
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4. Bravais 격자 중 격자상수가 a = b = c, 축각이 α=β=γ≠90° 인 결정계는?

  1. Cubic system
  2. Triclinic system
  3. Trigonal system
  4. Orthorhombic system
(정답률: 72%)
  • 결정계의 격자상수가 $a = b = c$로 모두 같고, 축각이 $\alpha = \beta = \gamma \neq 90^{\circ}$인 특성을 가진 결정계는 Trigonal system입니다.
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5. 재결정시 변화하는 기계적 성질에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 경도가 커진다.
  2. 연신율이 작아진다.
  3. 인장강도가 커진다.
  4. 탄성한도가 작아진다.
(정답률: 66%)
  • 재결정은 냉간 가공된 금속을 가열하여 내부 응력을 제거하고 새로운 결정립을 형성시키는 과정으로, 금속이 연해지는 성질을 갖게 됩니다.
    따라서 탄성한도가 작아지며, 경도와 인장강도는 감소하고 연신율은 증가합니다.

    오답 노트
    경도가 커진다: 감소함
    연신율이 작아진다: 증가함
    인장강도가 커진다: 감소함
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6. 금속을 냉간 가공할 때 나타나는 현상이 아닌 것은?

  1. 잔류응력 감소
  2. 전위밀도 증가
  3. 연신율 저하
  4. 강도 증가
(정답률: 70%)
  • 금속을 냉간 가공하면 결정 격자 내의 전위 밀도가 증가하여 금속의 강도와 경도는 높아지지만, 반대로 연성과 연신율은 감소하며 내부에 잔류응력이 쌓이게 됩니다.

    오답 노트
    잔류응력 감소: 가공 경화로 인해 내부 응력이 축적되어 잔류응력이 증가합니다.
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7. 50%의 Cu와 50%의 Au로 이루어진 합금의 장범위 규칙도가 1 일 때, 이 합금의 배열 엔트로피는?

  1. 0 J/mol
  2. -2.76 J/mol
  3. 5.76 J/mol
  4. -0.69 J/mol
(정답률: 78%)
  • 장범위 규칙도(Long-range order parameter)가 1이라는 것은 원자들이 완전히 규칙적으로 배열된 상태를 의미합니다. 완전 규칙 상태에서는 무질서도가 없으므로 배열 엔트로피는 0이 됩니다.
    ① [기본 공식] $S = -R \sum x_i \ln x_i$ (무질서 상태 기준)
    ② [숫자 대입] 규칙도 $L = 1$ 일 때 $S = 0$
    ③ [최종 결과] $S = 0 \text{ J/mol}$
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8. 금속간 화합물에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 금속과 비금속이 결합한 화합물이다.
  2. 일반적으로 연하며 간단한 결정구조를 갖는다.
  3. 일반적으로 융점이 낮아 고온에서 분해되지 않는다.
  4. CuAl2합금은 금속간화합물이다.
(정답률: 85%)
  • 금속간 화합물은 두 종류 이상의 금속 원소가 일정한 비율로 결합하여 형성된 화합물로, $CuAl_{2}$ 합금이 대표적인 예입니다.

    오답 노트
    금속과 비금속 결합: 금속 간의 결합임
    연하며 간단한 구조: 일반적으로 경도가 높고 취성이 강하며 복잡한 구조를 가짐
    융점이 낮아 분해 안 됨: 일반적으로 융점이 높음
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9. 담금질 열처리에 의하여 얻어지는 조직 중 가장 체적 변화가 큰 조직은?

  1. roughpearlite
  2. martensite
  3. finepearlite
  4. austenite
(정답률: 86%)
  • 마르텐사이트(martensite)는 오스테나이트가 급랭되어 형성되는 과포화 고용체로, 격자 구조가 FCC에서 BCT로 변하며 체적이 크게 팽창하는 특성을 가집니다.
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10. 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: 66%)
  • 재결정은 냉간 가공으로 저장된 에너지가 구동력이 되어 일어나므로, 변형 정도가 작을수록 저장된 에너지가 적어 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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11. 평형응고온도 이하까지 냉각되는 현상은?

  1. 재결정
  2. 슬립
  3. 과냉
  4. 잠열
(정답률: 89%)
  • 액체 상태의 물질이 이론적인 평형 응고 온도보다 더 낮은 온도까지 응고되지 않고 액체 상태를 유지하는 현상을 과냉이라고 합니다.
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12. 다음 그림에서 빗금친 면의 Miller 지수는?

  1. (100)
  2. (112)
  3. (111)
  4. (110)
(정답률: 89%)
  • 밀러 지수는 결정면이 각 축과 만나는 절편의 역수를 취해 정수로 나타낸 것입니다.
    ① [절편 확인]: $a=1, b=1, c=1/2$
    ② [역수 취함]: $1/1, 1/1, 1/(1/2)$
    ③ [최종 결과]: $(112)$
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13. 냉간 가공된 금속을 재가열 시 일어나는 현상이 아닌 것은?

  1. 회복
  2. 전위증가
  3. 결정립 성장
  4. 재결정
(정답률: 76%)
  • 냉간 가공된 금속을 재가열하면 내부 에너지가 감소하며 회복, 재결정, 결정립 성장 단계가 순차적으로 일어납니다. 이 과정에서 가공 경화로 인해 쌓였던 전위들이 소멸되므로 전위증가가 아닌 전위 감소가 일어납니다.
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14. 탄소강을 담금질한 후 저온 뜨인 처리할 때 잔류 오스테나이트가 분해하여 뜨임 마텐자이트와 ε탄화물을 형성하는 단계는?

  1. 1단계(100~120℃)
  2. 2단계(200~300℃)
  3. 3단계(300~400℃)
  4. 4단계(400~650℃)
(정답률: 72%)
  • 탄소강의 저온 뜨임 과정 중 2단계($200 \sim 300^{\circ}C$)에서는 잔류 오스테나이트가 분해되면서 뜨임 마텐자이트와 $\epsilon$ 탄화물을 형성하여 조직이 안정화됩니다.
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15. 금속 및 합금시편에서 X-선 회절기로부터 얻을 수 있는 정보가 아닌 것은?

  1. 결정구조
  2. 면간거리
  3. 원자간 결합력
  4. 격자상수
(정답률: 76%)
  • X-선 회절(XRD) 분석은 결정 격자에 의한 회절 현상을 이용하여 결정구조, 면간거리, 격자상수 등을 정밀하게 측정할 수 있는 분석법입니다.

    오답 노트
    원자간 결합력: XRD로는 결정의 기하학적 구조는 알 수 있으나, 화학적 결합 에너지나 결합력 자체를 직접 측정할 수는 없습니다.
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16. 다음 중 비정질에 해당되지 않는 것은?

  1. 아몰퍼스메탈
  2. 무정형
  3. 비결정
  4. 규칙계
(정답률: 87%)
  • 비정질(Amorphous)은 원자 배열에 규칙성이 없는 상태를 의미하며, 아몰퍼스메탈, 무정형, 비결정 모두 같은 의미로 사용됩니다.

    오답 노트
    규칙계: 원자가 규칙적으로 배열된 결정질 상태를 의미하므로 비정질에 해당하지 않습니다.
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17. 금속간 화합물(intermetallic compound)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 전기저항이 크다.
  2. 경도가 높고 취성이 있다.
  3. 고온에서 분해된다.
  4. 규칙-불규칙 변태가 있다.
(정답률: 65%)
  • 금속간 화합물은 서로 다른 금속 원자가 일정한 화학적 조성비를 가지고 결합한 물질로, 일반적으로 전기저항이 크고 경도가 높으며 취성이 강한 특성을 가집니다.

    오답 노트
    규칙-불규칙 변태: 이는 고용체에서 나타나는 현상이며, 이미 정해진 조성비를 가진 화합물과는 거리가 멉니다.
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18. 마텐자이트(martensite)가 경도가 큰 이유를 설명한 것 중 옳은 것은?

  1. 결정이 조대화되기 때문이다.
  2. 풀림에 의한 서냉 때문이다.
  3. 급냉으로 인한 내부응력 때문이다.
  4. 탄소 원자에 의한 철 격자의 약화 때문이다.
(정답률: 85%)
  • 마텐자이트는 고온의 오스테나이트 상태에서 급냉할 때 탄소 원자가 빠져나가지 못하고 격자 내에 갇히면서 BCT 구조로 변하며, 이때 발생하는 강한 내부응력과 격자 왜곡으로 인해 경도가 매우 높아집니다.
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19. 순철을 매우 느린 속도로 가열하여 910℃에서 동소 변태를 할 때 일어나는 현상은?

  1. 체적이감소한다.
  2. 체적의변화가없다.
  3. 체적이증가한다.
  4. 결정구조가 HCP로 변한다.
(정답률: 59%)
  • 순철을 가열하여 $910^{\circ}C$에서 동소 변태가 일어나면 결정 구조가 $\text{BCC}$ 구조인 $\alpha$-페라이트에서 $\text{FCC}$ 구조인 오스테나이트로 변합니다. $\text{FCC}$ 구조는 $\text{BCC}$보다 충진율이 높아 원자들이 더 조밀하게 배열되므로 전체적인 체적은 감소하게 됩니다.
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20. Fe-C 평형상태도에서 나타날 수 있 는반응이 아닌 것은?

  1. 공정반응
  2. 포정반응
  3. 재융반응
  4. 공석반응
(정답률: 90%)
  • Fe-C 평형상태도에서는 액상과 고상 사이의 공정반응, 고상과 액상 사이의 포정반응, 고상과 고상 사이의 공석반응이 나타납니다. 재융반응은 해당 상태도에서 나타나는 주요 반응이 아닙니다.
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2과목: 금속재료학

21. 고강도 알루미늄 합금인 두랄루민에 강도를 더욱 증가 시킨 초초두랄루민(extra super duralumin, ESD)은 두랄루민에 어떤 원소를 추가하여 제조되는가?

  1. C
  2. W
  3. Si
  4. Zn
(정답률: 68%)
  • 초초두랄루민(ESD)은 기존 두랄루민 합금에 아연(Zn)을 추가로 첨가하여 강도를 극대화한 고강도 알루미늄 합금입니다.
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22. 황동에서 발생하는 자연균열(season cracking)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 암모니아 분위기에서는 응력부식균열을 방지한다.
  2. 도료를 사용하거나 아연도금을 하면 방지할 수 있다.
  3. 관이나 봉 등의 가공재에서 잔류응력에 기인하는 균열이다.
  4. 185~260℃에서 응력제거 풀림을 하면 발생억제에 효과적이다.
(정답률: 73%)
  • 자연균열은 황동이 공기 중의 암모니아나 염류에 의해 입간부식을 일으키고, 가공 시 발생한 잔류응력이 더해져 발생하는 응력부식균열의 일종입니다. 따라서 암모니아 분위기는 균열을 방지하는 것이 아니라 오히려 촉진시키는 원인이 됩니다.
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23. 분말야금에서 요구되는 금속분말의 기본적인 특성이 아닌 것은?

  1. 입자의 형상
  2. 입자의 산화성
  3. 입자의 다공성
  4. 입도 및 입도분포
(정답률: 71%)
  • 금속분말의 특성으로는 입자의 형상, 입도 및 입도분포, 다공성 등이 중요하며, 산화성은 분말의 품질을 저하시키는 요인이므로 요구되는 기본 특성이라 할 수 없습니다.
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24. 탄소강에 합금원소를 첨가하는 목적이 아닌 것은?

  1. 내식성 및 내마모성을 향상시킨다.
  2. 합금원소에 의한 기지를 고용강화한다.
  3. 미려한 표면에 광택이 생기도록 한다.
  4. 변태속도의 변화에 따른 열처리 효과를 향상시킨다.
(정답률: 81%)
  • 합금원소 첨가는 기계적 성질(강도, 내식성, 내마모성) 개선과 열처리 효과 향상을 목적으로 하며, 표면 광택을 내기 위한 목적과는 거리가 멉니다.
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25. 다음의 조직 중 경도가 가장 큰 것은?

  1. 마텐자이트
  2. 펄라이트
  3. 페라이트
  4. 베이나이트
(정답률: 85%)
  • 마텐자이트는 급랭 시 생성되는 매우 단단한 침상 조직으로, 탄소강의 조직 중 경도가 가장 높습니다.
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26. 구상흑연주철의 특성에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 내식성을 개선하려면 Si, Ni 등을 첨가한다.
  2. 감쇠능은 일반 탄소강보다 많이 떨어진다.
  3. Mg, Ca 등을 첨가하여 흑연을 구상화한 것이다.
  4. 흑연 구상화 처리 후 용탕상태로 방치하면 페딩(fading) 현상이 일어난다.
(정답률: 72%)
  • 구상흑연주철은 흑연이 구형으로 존재하여 일반 탄소강보다 감쇠능이 우수합니다.

    오답 노트
    Mg, Ca 첨가: 흑연 구상화의 핵심 원소
    페딩 현상: 구상화 처리 후 시간이 지나 효과가 사라지는 현상
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27. 탄소강에서 펄라이트(pearlite)의 조직으로 옳은 것은?

  1. 오스테나이트 + 시멘타이트
  2. 페라이트 + 오스테나이트
  3. 페라이트 + 시멘타이트
  4. 레데뷰라이트 + 오스테나이트
(정답률: 83%)
  • 펄라이트는 공석 반응에 의해 생성되는 조직으로, 페라이트와 시멘타이트가 층상 구조로 교대로 배열된 조직입니다.
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28. 특수강인 엘린바에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 열팽창계수가 아주 크다.
  2. 규소계 합금 금속이다.
  3. 구리가 다량 함유되어 있어 전도율이 좋다.
  4. 초음파 진동소자, 계측기기, 전자장치 등에 사용한다.
(정답률: 74%)
  • 엘린바(Elinvar)는 열팽창계수가 온도 변화에 관계없이 거의 일정하도록 설계된 특수 합금으로, 정밀한 치수 유지가 필요한 초음파 진동소자, 계측기기, 전자장치 등에 주로 사용됩니다.
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29. 분말야금법의 특징을 설명한 것 중 틀린 것은?

  1. 고용융점 재료의 제조가 가능하다.
  2. 절삭가공 생략이 가능하다.
  3. 제품의 크기에 제한이 없다.
  4. 공공이 분산된 재료의 제조가 가능하다.
(정답률: 77%)
  • 분말야금법은 금속 분말을 금형에 넣고 압축 성형하므로, 사용하는 프레스의 용량과 금형의 크기에 따라 제품의 크기에 물리적인 제한이 발생합니다.
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30. 고융점 금속에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 증기압이 낮다.
  2. Mo는 체심입방격자를 갖는다.
  3. 융점이 높으므로 고온강도가 크다.
  4. W, Mo는 열팽창계수가 높고,탄성률이 낮다.
(정답률: 52%)
  • 고융점 금속인 W(텅스텐)과 Mo(몰리브덴)는 일반적인 금속에 비해 열팽창계수가 매우 낮고 탄성률이 높은 특성을 가집니다.

    오답 노트
    증기압: 낮음
    결정구조: 대부분 BCC(체심입방격자)
    고온강도: 융점이 높아 매우 큼
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31. 탄소강에 함유된 원소의 영향으로 틀린 것은?

  1. P는 결정립을 조대화시킨다.
  2. Si는 연신율과 충격값을 증가시킨다.
  3. Mn은 경화능을 증대시키며 고온에서 결정립 성장을 억제시킨다.
  4. S는 강도, 연신율, 충격치를 감소시킨다.
(정답률: 57%)
  • 탄소강에서 Si(규소)는 강도와 경도를 높이는 효과가 있지만, 연신율과 충격값은 오히려 감소시킵니다.

    오답 노트
    P: 결정립 조대화 유발
    Mn: 경화능 증대 및 고온 결정립 성장 억제
    S: 강도, 연신율, 충격치 감소
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32. 비중 약 9.75, 용융점 약 265℃인 금속이며, 특히 응고할 때 팽창하는 금속은?

  1. Sn
  2. Ni
  3. Bi
  4. Pb
(정답률: 75%)
  • 비스무트(Bi)는 비중이 약 9.75, 용융점이 약 265℃이며, 물과 같이 응고 시 부피가 팽창하는 매우 특이한 성질을 가진 금속입니다.
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33. 금속재료 경도시험방법 중 압입에 의한 것이 아닌 것은?

  1. 쇼어경도
  2. 비커스경도
  3. 로크웰경도
  4. 브리넬경도
(정답률: 82%)
  • 쇼어경도는 압입 방식이 아니라 다이아몬드 추를 떨어뜨려 튀어 오르는 높이를 측정하는 반발 경도 시험법입니다.

    오답 노트
    비커스, 로크웰, 브리넬: 모두 압입자를 재료에 눌러 자국을 만드는 압입 경도 시험법임
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34. 구리합금 중 석출경화성이 있으며, 가장 높은 강도와 경도를 갖는 합금은?

  1. Cu-Zn
  2. Cu-Sn
  3. Cu-Ag
  4. Cu-Be
(정답률: 60%)
  • 베릴륨구리(Cu-Be) 합금은 구리 합금 중 석출경화 처리가 가능하며, 이를 통해 가장 높은 강도와 경도를 얻을 수 있는 대표적인 고강도 합금입니다.
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35. 고망간강의 특성에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 열전도성이 우수하며, 팽창계수가 작다.
  2. 상온에서 오스테나이트의 기지를 갖는다.
  3. 고온에서 서냉하면 결정립계에 탄화물이 석출한다.
  4. 인성을 부여하기 위하여 수인법(water toughening)을 이용한다.
(정답률: 52%)
  • 고망간강은 조직 특성상 강인성, 내마모성, 내충격성이 우수하지만, 열전도성이 작고 열팽창 계수가 큰 특징을 가지고 있습니다.

    오답 노트
    상온 오스테나이트 기지: 고망간강의 기본 조직 특성임
    탄화물 석출: 고온 서냉 시 결정립계에 발생함
    수인법: 인성 부여를 위해 사용되는 공정임
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36. 구리의 절삭성을 개선시키고 도전율은 약 90%로 유지하게 하는 원소로 약 0.5% 정도를 첨가하는 것은?

  1. H
  2. Ag
  3. Zn
  4. Te
(정답률: 57%)
  • 구리에 텔루륨(Te)을 약 0.5% 첨가하면 도전율을 약 90% 수준으로 유지하면서도 절삭성을 크게 개선할 수 있어 가공성이 좋아집니다.
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37. 오스테나이트계 스테인리스강에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 대표적인 조성은 18%Cr – 8%Ni 이다.
  2. 자성체이며, FCC의 결정구조를 갖는다.
  3. 오스테나이트조직은 페라이트조직보다 원자밀도가 높아 내식성이 좋다.
  4. 1100℃ 부근에서 급냉하는 고용화처리를 하여 균일한 오스테나이트조직으로 사용한다.
(정답률: 78%)
  • 오스테나이트계 스테인리스강은 FCC 결정구조를 가지며, 자성이 없는 상자성체입니다.

    오답 노트
    자성체이며: 상자성체이므로 틀린 설명입니다.
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38. 60~70%Ni에 Cu를 첨가한 합금은?

  1. 엘린바
  2. 플래티나이트
  3. 모넬메탈
  4. 콘스탄탄
(정답률: 57%)
  • Ni 함량이 $60\sim70\%$이며 여기에 Cu를 첨가하여 만든 합금은 모넬메탈입니다.
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39. 용강을 레이들에서 완전 탈산시킨 강은?

  1. Killed강
  2. Rimmed강
  3. Capped강
  4. Semi-killed강
(정답률: 82%)
  • 용강을 레이들(Ladle) 내에서 완전히 탈산시켜 주조 시 기포 발생을 억제한 강을 Killed강이라고 합니다.
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40. 가공용 Mg 합금으로 상태도 651℃ 부근에서 포정 반응을 하며 용접성, 고온 성형성 및 내식성이 양호한 합금계는?

  1. Mg –Mn계 합금
  2. Mg –Zn계 합금
  3. Mg –Zr계 합금
  4. Mg –Ce계 합금
(정답률: 63%)
  • Mg-Mn계 합금은 $651^{\circ}C$ 부근에서 포정 반응을 일으키며, 용접성, 고온 성형성 및 내식성이 우수하여 가공용 합금으로 널리 사용됩니다.
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3과목: 야금공학

41. 다음 리차드 법칙이 나타내는것은?

  1. 금속의 종류에 관계 없이 융해열이 일정하다.
  2. 원자량 또는 분자량이 크면 융해열이 많이 필요하다.
  3. 용융점이 높은 금속일수록 많은 융해열이 필요하다.
  4. 상태의 변화에는 금속에 관계없이 일정량의 열이 필요하다.
(정답률: 77%)
  • 제시된 이미지의 수식 $\Delta S_{m} = \frac{\Delta H_{m}}{T_{m}}$에 따르면, 융해 엔트로피($$\Delta S_{m}$$)가 일정할 때 융해열($$\Delta H_{m}$$)은 용융점($$T_{m}$$)에 비례합니다. 따라서 용융점이 높은 금속일수록 더 많은 융해열이 필요합니다.
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42. 다음 중 열역학 제1법칙을 가장 잘 설명한 것은?

  1. 에너지 보존의 법칙이다.
  2. 열적 평형상태에 관한 법칙이다.
  3. 내부에너지의 변화는 항상 한 일과 같다.
  4. 내부에너지의 변화는 항상 흡수한 열량과 같다.
(정답률: 86%)
  • 열역학 제1법칙은 에너지는 생성되거나 소멸되지 않고 그 형태만 변한다는 에너지 보존의 법칙을 의미합니다.
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43. 다음 중 염기성 내화물인 것은?

  1. 규석
  2. 샤모트
  3. 납석
  4. 돌로마이트
(정답률: 81%)
  • 염기성 내화물은 주로 MgO나 CaO 성분을 포함하는 재료를 말하며, 돌로마이트(CaO, MgO)가 이에 해당합니다.

    오답 노트
    규석, 샤모트, 납석: 산성 또는 중성 내화물
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44. 금속의 상변태시 압력변화에 따른 비등점 상승이 나융점 강하를 알고자 할 때 유용한 관계식은?

  1. Van't Hoff Equation
  2. Gibbs – Duhem Equation
  3. Gibbs – Helmholtz Equation
  4. Clausius – Clapeyron Equation
(정답률: 60%)
  • 압력 변화에 따른 상변태 온도(비등점, 융점)의 변화 관계를 설명하는 식은 Clausius – Clapeyron Equation입니다.
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45. 100g의 구리로 만든 15℃의 열량계가 15℃의 물 200g에 들어 있다. 100℃의 알루미늄 300g을 넣었을 때, 물의 온도가 34.7℃로 되었다면, 알루미늄의 비열은 약 몇 cal/g·℃ 인가? (단, 구리의 비열은 0.090cal/g·℃이다.)

  1. 0.21
  2. 0.3
  3. 0.41
  4. 0.51
(정답률: 47%)
  • 열평형 상태에서 고온의 물체가 잃은 열량은 저온의 물체가 얻은 열량과 같다는 원리를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta Q_{loss} = \Delta Q_{gain}$
    ② [숫자 대입] $x \times 300 \times (100 - 34.7) = (1 \times 200 \times (34.7 - 15)) + (0.090 \times 100 \times (34.7 - 15))$
    ③ [최종 결과] $x = 0.21$
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46. 깁스–듀헴식(Gibbs–Duhem equation)은 어떤 경우에 쓰는가?

  1. 2원계에서 두 성분의 활동도계수를 모르는 상태에서 활동도계수를 계산해야 하는 경우
  2. 3원계에서 한 성분의 혼합 자유에너지를 알고 다른 성분들의 혼합 자유에너지를 계산해야 하는 경우
  3. 2원계에서 두 성분의 혼합 자유에너지를 모르는 상태에서 자유에너지를 계산해야 하는 경우
  4. 2원계에서 한 성분의 활동도계수를 알고 다른 성분의 활동도계수를 계산해야 하는 경우
(정답률: 75%)
  • 깁스-듀헴 식은 다성분계에서 각 성분의 화학 퍼텐셜(또는 활동도) 사이의 상관관계를 나타내는 식입니다.
    특히 2원계 용액에서 한 성분의 활동도계수 변화를 알면, 이를 통해 다른 성분의 활동도계수를 결정할 수 있습니다.
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47. 엔트로피의 절대치를 구할 수 있는 근거를 제공하는 법칙은?

  1. 열역학 제0법칙
  2. 열역학 제1법칙
  3. 열역학 제2법칙
  4. 열역학 제3법칙
(정답률: 77%)
  • 열역학 제3법칙은 절대온도가 $0K$에 가까워질 때 완전 결정 상태인 물질의 엔트로피는 $0$이 된다는 법칙입니다.
    이 법칙을 통해 엔트로피의 기준점이 설정되므로 절대치를 구할 수 있는 근거가 됩니다.
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48. 황 32kg을 완전 연소시키기 위하여 필요한 산소량은 몇 kg 인가?

  1. 32
  2. 1
  3. 12
  4. 2
(정답률: 85%)
  • 황의 연소 반응식을 통해 황 1몰당 필요한 산소의 몰수를 계산하여 질량으로 환산합니다.
    반응식: $S + O_{2} \rightarrow SO_{2}$
    ① [기본 공식] $\text{산소량} = \text{황의 질량} \times \frac{O_{2} \text{ 분자량}}{S \text{ 원자량}}$
    ② [숫자 대입] $\text{산소량} = 32 \times \frac{32}{32}$
    ③ [최종 결과] $\text{산소량} = 32$
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49. 다음 중 발열량이 가장 높은 것은?

  1. CH4
  2. C3H8
  3. C2H2
  4. H2S
(정답률: 78%)
  • 탄화수소의 발열량은 일반적으로 분자량이 크고 탄소 함유량이 많을수록 증가하는 경향이 있습니다.
    제시된 물질 중 프로판($C_{3}H_{8}$)이 가장 큰 분자량과 높은 탄소 수를 가지고 있어 발열량이 가장 높습니다.
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50. 조연(Pb)의 건식정련시 제일 먼저 부유물(Dross)로 제거되는 성분은?

  1. Au
  2. Cu
  3. Bi
  4. Zn
(정답률: 61%)
  • 납(Pb)의 건식정련 과정에서 구리(Cu)는 납보다 산화되기 쉬워 산화물 형태로 먼저 표면에 떠오르는 부유물(Dross)로 제거됩니다.
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51. 25°C에서 3mole의 H2(g)와 1mole의 N2(g)를 섞어서 이상기체 혼합물을 생성할 때 ΔSM(Entropy of mixing)는 약 몇 cal/K 인가?(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. 4.5
  2. 5.5
  3. 6.5
  4. 7.5
(정답률: 51%)
  • 이상기체 혼합 엔트로피 공식 $\Delta S^M = -nR \sum (x_i \ln x_i)$를 사용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta S^M = -nR(x_1 \ln x_1 + x_2 \ln x_2)$
    ② [숫자 대입] $\Delta S^M = -(3+1) \times 1.987 \times (\frac{3}{4} \ln \frac{3}{4} + \frac{1}{4} \ln \frac{1}{4})$
    ③ [최종 결과] $\Delta S^M = 4.5$
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52. 탈산원소 중 탈산력의 세기가 큰 것부터 순서대로 나열한 것은?

  1. Al＞Ca＞Mn＞Si
  2. Si＞Al＞Ca＞Mn
  3. Ca＞Al＞Si＞Mn
  4. Ca＞Si＞Al＞Mn
(정답률: 71%)
  • 탈산력은 산소와의 친화력이 클수록 강하며, 일반적으로 알칼리 토금속에서 전이금속 순으로 강합니다. 따라서 $\text{Ca} > \text{Al} > \text{Si} > \text{Mn}$ 순으로 탈산력이 셉니다.
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53. 일정 조성의 계에 대한 헬름홀츠 자유에너지는 어떤 변수들을 독립변수로 하는 함수인가?

  1. 온도와 압력
  2. 압력과 부피
  3. 부피와 온도
  4. 내부에너지와 엔탈피
(정답률: 59%)
  • 헬름홀츠 자유에너지($A$)는 시스템의 온도($T$)와 부피($V$)가 일정할 때 평형 상태를 결정하는 상태 함수입니다. 따라서 독립변수는 부피와 온도입니다.
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54. 고체 탄소가 산화하여 이산화탄소 기체가 되는 반응이 다음과 같을 때, 1000K에서 반응의 형태와 방향으로 옳은 것은? (단, 반응전 산소와 CO2의 분압은 같다.)

  1. 형태 : 발열반응, 반응방향 : CO2생성방향
  2. 형태 : 흡열반응, 반응방향 : CO2생성방향
  3. 형태 : 발열반응, 반응방향 : CO2생성역방향
  4. 형태 : 흡열반응, 반응방향 : CO2생성역방향
(정답률: 73%)
  • 주어진 깁스 자유에너지 식 $\Delta G^\circ = -394100 - 0.84T$에서 $\Delta G^\circ = \Delta H^\circ - T\Delta S^\circ$ 관계를 이용합니다.
    1. 반응 형태: $\Delta H^\circ = -394100 \text{ J}$으로 음수이므로 발열반응입니다.
    2. 반응 방향: $T = 1000 \text{ K}$ 대입 시 $\Delta G^\circ = -394100 - 0.84 \times 1000 = -394940 \text{ J}$ 입니다. $\Delta G < 0$이므로 정반응인 $\text{CO}_2$ 생성방향으로 반응이 진행됩니다.
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55. 10g의 아연과 20g의 구리를 섞어 이상적으로 균일한 황동을 만들었을 때의 엔트로피 증가는 약 몇 cal/K 인가? (단, Cu, Zn의 원자량은 각각 63.5, 65.3g/mole 이다.)

  1. 3.8
  2. 0.58
  3. 0.38
  4. 6.0
(정답률: 52%)
  • 이상용액의 혼합 엔트로피 공식을 사용하여 각 성분의 몰수와 몰분율을 통해 엔트로피 증가량을 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\Delta S = n R \sum X_i \ln X_i$$
    ② [숫자 대입]
    $$\Delta S = (0.153 + 0.315) \times 1.987 \times ( \frac{0.153}{0.468} \ln \frac{0.153}{0.468} + \frac{0.315}{0.468} \ln \frac{0.315}{0.468} )$$
    ③ [최종 결과]
    $$\Delta S = 0.58$$
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56. 라울(Raoult)의 법칙에 따르는 이상용액에서 용질물질 B의 활동도 계수 γB는?

  1. γB=Cv
  2. γB＜1
  3. γB=0
  4. γB=1
(정답률: 72%)
  • 라울의 법칙을 따르는 이상용액은 성분 간의 상호작용이 동일하여 활동도 계수 $\gamma_B$가 항상 $1$이 됩니다.
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57. 다음 중 이상기체의 가역단열과정에서 성립되는 관계식은? (단, ΔU = 내부에너지변화, q = 열, P = 압력, V = 부피, T = 온도, W = 일)

  2. P = RIT
  3. ΔU = q = W
(정답률: 70%)
  • 이상기체의 가역단열과정(단열팽창/압축)에서는 $PV^{\gamma} = \text{constant}$ 관계가 성립하며, 여기서 $\gamma$는 비열비 $\frac{C_P}{C_V}$를 의미합니다.
    따라서 정답은 다음과 같습니다.
    $$\text{}$$
    이를 수식으로 변환하면 다음과 같습니다.
    $$P_1 V_1^{\frac{C_P}{C_V}} = P_2 V_2^{\frac{C_P}{C_V}}$$
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58. 다음 관계식 중 옳은 것은? (단, A : helmholtz 자유에너지, G : Gibbs 자유에너지, H : 엔탈피, E : 내부에너지, S : 엔트로피, T : 온도, P : 압력, V : 부피)

  1. H=S+PV
  2. A=E-TS
  3. G=A-PV
  4. G=P–TS
(정답률: 65%)
  • 헬름홀츠 자유에너지($A$)는 내부에너지($E$)에서 온도($T$)와 엔트로피($S$)의 곱을 뺀 값으로 정의됩니다.

    오답 노트
    엔탈피: $H = E + PV$
    깁스 자유에너지: $G = H - TS$
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59. 고로에 주로 사용되는 내화재로 짝지어진 것은?

  1. 카보랜덤, 마그네시아, 석고질
  2. 지르코니아질, 규산질, 샤모트질
  3. 점토질, 탄소질, 고알루미나질
  4. 탄화규소, 크로마이트질, 납석질
(정답률: 57%)
  • 고로(용광로)의 각 부위별 온도와 화학적 성질에 따라 점토질, 탄소질, 고알루미나질 내화재를 적절히 배치하여 사용합니다.
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60. 다음 중 열전도율의 단위로 옳은 것은?

  1. kcal/h
  2. kcal/m·h·°C
  3. Kcal/h·°C
  4. kcal/m3h·°C
(정답률: 76%)
  • 열전도율은 단위 시간당, 단위 면적당, 단위 온도차당 전달되는 열량을 의미합니다. 따라서 열량(kcal)을 시간(h), 길이(m), 온도($^{\circ}C$)의 곱으로 나눈 $\text{kcal/m} \cdot \text{h} \cdot {}^{\circ}C$가 옳은 단위입니다.
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4과목: 금속가공학

61. 최대 전단응력 항복조건과 관련이 가장 깊은 것은?

  1. Tresca
  2. Frank
  3. Cottrell
  4. lattice
(정답률: 83%)
  • Tresca 항복 조건은 재료의 항복이 최대 전단응력이 임계값에 도달했을 때 발생한다는 이론으로, 최대 전단응력설이라고도 불립니다.
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62. 의 값으로 옳은 것은? (단, a0는 격자상수이다.)

(정답률: 73%)
  • 주어진 벡터 합산 문제는 각 성분별로 계수를 곱하여 더하는 벡터 연산 원리를 사용합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\vec{R} = \frac{a_0}{3}[h_1 k_1 l_1] + \frac{a_0}{6}[h_2 k_2 l_2]$$
    ② [숫자 대입]
    $$\vec{R} = \frac{a_0}{3}[1 1 2] + \frac{a_0}{6}[1 1 -1] = a_0[\frac{1}{3} + \frac{1}{6}, \frac{1}{3} + \frac{1}{6}, \frac{2}{3} - \frac{1}{6}]$$
    ③ [최종 결과]
    $$\vec{R} = a_0[\frac{1}{2} \frac{1}{2} \frac{1}{2}] = \frac{a_0}{2}[1 1 1]$$
    따라서 정답은 입니다.
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63. 다음 중 피로파괴에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 반복하중 없이 충격에 의해서만 얻어진다.
  2. 파면이 주 인장응력 방향에 평행하다.
  3. 파면에는 주로 원형자국(beach mark)이 나타난다.
  4. 최대 인장응력이 최소가 되어야 피로파괴가 일어난다.
(정답률: 67%)
  • 피로파괴는 재료에 반복적인 하중이 가해질 때 항복강도보다 낮은 응력에서도 파괴가 일어나는 현상입니다. 이때 파단면에는 하중의 반복 주기나 변동을 나타내는 조개껍데기 모양의 원형자국(beach mark)이 특징적으로 나타납니다.

    오답 노트
    반복하중 없이 충격에 의해서만 얻어진다: 반복하중이 필수적임
    파면이 주 인장응력 방향에 평행하다: 주 인장응력 방향에 수직하게 발생함
    최대 인장응력이 최소가 되어야 피로파괴가 일어난다: 응력 진폭이 클수록 피로 수명이 단축됨
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64. 균질변형에서 경계마찰계수(m)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 부착인 경우는 1 이다.
  2. 완전 미끄러짐은 0 (Zero)이다.
  3. 계면에서의 전단응력은 재료의 전단항복응력을 초과한다.
  4. m은 계면전단강도/전단항복응력으로 표현된다.
(정답률: 73%)
  • 균질변형에서 경계마찰계수 $m$은 계면 전단응력과 재료의 전단항복응력의 비로 정의됩니다. 이때 계면에서의 전단응력은 재료의 전단항복응력을 초과할 수 없으며, 최대값은 전단항복응력과 같을 때($m=1$)입니다.

    오답 노트
    부착 시 $m=1$, 완전 미끄러짐 시 $m=0$, $m = \frac{\text{계면전단강도}}{\text{전단항복응력}}$: 모두 옳은 설명입니다.
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65. 다음 중 잔류응력에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 상변태를 촉진한다.
  2. 재료의 부식을 방지한다.
  3. 소성변형이나 파괴의 원인이 된다.
  4. 소량의 소성변형에 의해서도 잔류응력을 제거할 수 있다.
(정답률: 72%)
  • 잔류응력은 재료 내부에 남아있는 응력으로, 응력 부식 균열을 유발하여 재료의 부식을 촉진시키는 원인이 됩니다.

    오답 노트
    상변태 촉진, 소성변형 및 파괴 원인, 소량의 소성변형으로 제거 가능: 잔류응력의 일반적인 특성입니다.
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66. 압출가공에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 직접 압출을 전방 압출이라 한다.
  2. 간접 압출을 후방 압출이라 한다.
  3. 압출력은 간접 압출이 직접 압출보다 작다.
  4. 간접압출은 제품의 램 진행방향과 같은 방향으로 압출된다.
(정답률: 80%)
  • 간접 압출은 램의 진행 방향과 반대 방향으로 제품이 압출되는 방식입니다. 제품의 램 진행 방향과 같은 방향으로 압출되는 것은 직접 압출에 대한 설명입니다.
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67. 다음 중 압하율을 크게 하는 조건이 아닌 것은?

  1. 지름이 큰 롤을 사용한다.
  2. 압연 온도를 높여 준다.
  3. 롤 회전속도를 빠르게 한다.
  4. 압연재를 뒤에서 밀어 준다.
(정답률: 80%)
  • 압하율을 높이려면 재료가 더 잘 변형되거나 외부에서 힘을 더 가해주어야 합니다. 롤 회전속도를 빠르게 하는 것은 압하율을 크게 하는 조건이 아니며, 오히려 속도를 늦추는 것이 유리합니다.
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68. 금속에 탄성한계 내의 하중이 가해졌을 때, 응력과 변형률의 관계로 옳은 것은? (단, σ : 공칭응력, E : 탄성계수, ε : 공칭변형률이다.)

  1. σ = E × ε
  2. σ = E / ε
  3. σ = E + ε
  4. σ = E - ε
(정답률: 84%)
  • 금속의 탄성한계 내에서는 응력과 변형률이 비례한다는 훅의 법칙(Hooke's Law)이 적용됩니다. 이때 비례 상수를 탄성계수라고 합니다.
    $$\sigma = E \times \epsilon$$
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69. 바우싱거 효과(Bauschinger effect)를 설명한 것 중 틀린 것은?

  1. 비틀림 변형의 경우에서 명백히 관찰된다.
  2. 소성 변형에 대한 저항이 이력(hysteresis)과 관계가 있다.
  3. 응력의 변화가 작은 경우 바우싱거 효과는 무시될 수 있다.
  4. 한번 어느 방향으로 소성변형을 가한 재료에 역방향의 하중을 가하면 전보다 큰 응력에서 항복이 생긴다.
(정답률: 71%)
  • 바우싱거 효과는 재료를 한 방향으로 소성 변형시킨 후 역방향으로 하중을 가했을 때, 원래보다 더 낮은 응력에서 항복이 발생하는 현상을 말합니다.

    오답 노트
    전보다 큰 응력에서 항복이 생긴다: 역방향 항복 응력은 오히려 감소합니다.
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70. 상온에서 HCP 결정조직을 갖는 금속으로만 짝지어진 것은?

  1. Be, Zn, Mg
  2. Ag, Al, Ni
  3. Ba, Fe, Mo
  4. Cr, Au, Ti
(정답률: 72%)
  • 상온에서 조밀육방격자(HCP) 구조를 갖는 대표적인 금속은 Be, Zn, Mg 등이 있습니다.

    오답 노트
    Ag, Al, Ni, Au: FCC 구조
    Ba, Fe, Mo: BCC 구조
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71. 다음 그래프 중 완전탄성응력-변형률 곡선으로 가장 적절한 것은?

(정답률: 76%)
  • 완전탄성응력-변형률 곡선은 응력($\sigma$)과 변형률($\epsilon$)이 비례 관계에 있어 원점을 지나는 직선 형태로 나타납니다. 따라서 직선 그래프인 가 정답입니다.
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72. 3개의 주응력 σ1, σ2, σ3의 관계가 σ1＞σ2＞σ3 과 같을 때, 항복응력이 k 라면, 단축인장에서의 항복조건은?

  1. σ1-σ2=2k
  2. σ2-σ1=2k
  3. σ2=2k
  4. σ1=2k
(정답률: 69%)
  • 단축인장 상태에서는 $\sigma_1$만 존재하고 $\sigma_2 = \sigma_3 = 0$이 됩니다. 이때 항복 조건은 최대 주응력이 항복응력의 2배가 되는 지점으로 정의되므로 $\sigma_1 = 2k$가 성립합니다.
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73. 크리프의 곡선에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 1단계 크리프는 변율이 점차 증가하는 단계이다.
  2. 2단계 크리프는 정상크리프라고도 한다.
  3. 3단계 크리프는 시편의 유효단면적이 감소하는 단계이다.
  4. 크리프 한도란 어떤 시간 후에 크리프가 정지하는 최대응력이다.
(정답률: 67%)
  • 1단계 크리프(천이 크리프)는 시간이 경과함에 따라 변형률(변율)이 점차 감소하는 단계입니다.

    오답 노트
    2단계 크리프 : 변형률이 일정하게 유지되는 정상 상태 단계입니다.
    3단계 크리프 : 가속 크리프 단계로, 단면적 감소로 인해 변형률이 급격히 증가하며 파단에 이릅니다.
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74. Hall-Petch 식으로 설명되는 재료의 강화기구는?

  1. 분산강화
  2. 고용강화
  3. 결정립계에 의한 강화
  4. 점결함에 의한 경화
(정답률: 71%)
  • Hall-Petch 식은 결정립의 크기가 작아질수록(결정립계가 많아질수록) 항복 강도가 증가한다는 결정립계에 의한 강화 기구를 설명하는 식입니다.
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75. 샤르피 충격시험에서 해머를 올렸을 때의 각도를 α, 시험편 파단 후의 각도를 β라고 할 때, 충격흡수 에너지를 구하는 식은? (단, W는 해머의 무게, R은 해머의 회전축 중심에서 무게 중심까지의 거리이다.)

  1. WR(cosα -1)
  2. WR(cosβ -1)
  3. WR(cosβ -cosα)
  4. WR(cosα -cosβ)
(정답률: 83%)
  • 충격흡수 에너지는 해머가 상승했을 때의 위치 에너지와 파단 후 상승했을 때의 위치 에너지 차이로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $E = WR(\cos \beta - \cos \alpha)$
    ② [숫자 대입] (대입 과정 없음)
    ③ [최종 결과] $E = WR(\cos \beta - \cos \alpha)$
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76. 면심입방격자 구조에서 최대 조밀원자면의 적층순서로 옳은 것은?

  1. ABC ABCABC
  2. ABC ACA BCA
  3. ABC ACB CAB
  4. ABA BAB ABA
(정답률: 77%)
  • 면심입방격자(FCC) 구조의 최대 조밀면은 3개의 서로 다른 층이 반복해서 쌓이는 ABC ABC... 순서의 적층 구조를 가집니다.

    오답 노트
    ABA BAB... : 조밀육방격자(HCP)의 적층 순서입니다.
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77. 파괴 과정 중에 소성변형이 거의 없고 균열의 전파속도가 빠른 파괴는?

  1. 연성파괴
  2. 취성파괴
  3. 전단파괴
  4. 컵-원뿔형파괴
(정답률: 84%)
  • 소성변형이 거의 없이 갑작스럽게 파괴되며, 균열 전파 속도가 매우 빠른 파괴 특성을 취성파괴라고 합니다.
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78. 면심입방격자의 슬립면과 슬립방향을 바르게 나타낸 것은?

  1. (110)-[111]
  2. (111)-[110]
  3. (001)-[110]
  4. (110)-[101]
(정답률: 74%)
  • 면심입방격자(FCC) 구조에서 슬립은 원자가 가장 조밀하게 배열된 면인 $\{111\}$ 면에서 조밀 방향인 $\langle 110 \rangle$ 방향으로 일어납니다.
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79. 재결정 거동에 영향을 주는 용인과 재결정에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 재결정을 일으키는 데에는 최소한의 변형이 필요하다.
  2. 변형정도가 작을수록 재결정을 일으키는데 필요한 온도는 낮아진다.
  3. 금속의 순도가 높아질수록 재결정온도는 감소한다.
  4. 가공온도가 증가하면, 같은 재결정 거동을 얻는데 필요한 변형량이 증가한다.
(정답률: 66%)
  • 재결정을 일으키기 위해서는 임계 변형량 이상의 변형이 필요하며, 변형 정도가 클수록(가공도가 높을수록) 저장된 에너지가 많아져 재결정 온도는 낮아집니다.
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80. 회복 및 재결정에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 전기저항은 회복의 과정에서 서서히 감소한다.
  2. 경도는 회복의 과정에서 별로 변하지 않고 재결정의 단계에서 급격히 감소한다.
  3. 연신율은 회복의 과정에서 별로 변하지 않고 재결정의 단계에서 급격히 증가한다.
  4. 인장강도는 회복의 단계에서 급격히 감소하고, 재결정 단계에서는 급격히 증가한다.
(정답률: 67%)
  • 인장강도는 회복 단계에서는 거의 변화가 없거나 완만하게 감소하다가, 재결정 단계에 진입하면서 급격히 감소하는 특성을 가집니다.
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5과목: 표면공학

81. 양극산화 두께 측정법 중 비파괴식 두께 측정법은?

  1. 와류에 의한 방법
  2. 산화피막 용해에 의한 방법
  3. 절단시험편을 통한 현미경 측정법
  4. 충격시험을 통한 방법
(정답률: 70%)
  • 양극산화 피막의 두께를 측정할 때 시편을 파괴하지 않고 측정하는 비파괴식 방법에는 와전류 측정법, 스프리트빔 현미경 측정법, 다이알 게이지법, 간섭 현미경 측정법, 파괴 전압 측정법 등이 있습니다.
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82. 양극산화피막이 경질인 경우 피막의 비커스 경도(Hv)범위로 옳은 것은?

  1. 500~600
  2. 350~450
  3. 200~300
  4. 50~150
(정답률: 65%)
  • 양극산화피막이 경질(Hard Anodizing)인 경우, 일반 피막보다 훨씬 높은 경도를 가지며 통상적인 비커스 경도 범위는 $350 \sim 450\text{ Hv}$ 입니다.
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83. 다음 중 SEM을 이용하여 샘플을 분석할 때 전도성 코팅이 필요한 소재는?

  1. 플라스틱
  2. 알루미늄
  3. Fe-Al합금
  4. 구리
(정답률: 80%)
  • SEM(주사전자현미경) 분석 시 시료 표면에 전자가 축적되는 차징(Charging) 현상을 방지하기 위해, 플라스틱과 같은 비전도성 재료는 반드시 금속 박막 코팅이 필요합니다.
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84. 고속도금을 하기 위한 방법으로 틀린 것은?

  1. 금속이온의 농도를 크게 한다.
  2. 확산정수가 작은 염을 사용한다.
  3. 액의 온도를 높여 작업한다.
  4. 액의 교반을 심하게 해준다.
(정답률: 77%)
  • 고속도금(전착 속도 향상)을 위해서는 금속 이온의 이동이 원활해야 하므로, 확산정수가 큰 염을 사용하여 이온의 확산 속도를 높여야 합니다.
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85. 염욕(salt bath) 열처리 중 염의 일반적인 구비 조건이 아닌 것은?

  1. 가급적 흡수성 또는 조해성이 적어야 한다.
  2. 용해가 어렵고 유해가스 발생이 적어야 한다.
  3. 열처리 온도에서 염욕의 점성이 적고 증발 휘산량이 적어야 한다.
  4. 염욕의 순도가 높고 유해 불순물을 포함하지 않는 것이 좋다.
(정답률: 61%)
  • 염욕 열처리에 사용되는 염은 작업 효율과 안전을 위해 적절한 용해성을 가져야 하며, 유해가스 발생이 적어야 합니다. 따라서 용해가 어렵다는 설명은 옳지 않습니다.
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86. 다음 중 뜨임 균열의 대책으로 옳지 않은 것은?

  1. 빨리 가열한다.
  2. 잔류응력을 제거한다.
  3. 응력이 집중되는 부분은 열처리에 적합하게 설계한다.
  4. 탈탄층을 제거하고 뜨임한다.
(정답률: 82%)
  • 뜨임 균열은 가열 시 발생하는 열응력과 변태 응력으로 인해 발생하므로, 급격한 온도 변화를 피하기 위해 천천히 가열해야 합니다.

    오답 노트
    잔류응력 제거, 응력 집중 방지 설계, 탈탄층 제거는 모두 균열 발생 가능성을 낮추는 올바른 대책입니다.
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87. 물리적 기상도금인 PVD의 특징이 아닌 것은?

  1. 처리온도가 높다.
  2. 기계적으로 응착이 된다.
  3. 밀착성이 CVD 보다 낮다.
  4. 가열할 수 없는 물체에 적용할 수 있다.
(정답률: 65%)
  • PVD(물리적 기상 증착법)는 CVD(화학적 기상 증착법)와 달리 상대적으로 매우 낮은 온도에서 공정이 이루어지므로, 열에 약해 가열할 수 없는 물체에도 적용이 가능합니다.
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88. 1기압에 해당되지 않는 것은?

  1. 760 torr
  2. 76 cmHg
  3. 101325 N/m2
  4. 1013 Pa
(정답률: 68%)
  • 표준 대기압 $1\text{ atm}$의 정의와 단위 환산 값을 확인하는 문제입니다.
    $$1\text{ atm} = 760\text{ torr} = 76\text{ cmHg} = 101,325\text{ Pa} = 101,325\text{ N/m}^2$$
    따라서 $1013\text{ Pa}$는 $1\text{ atm}$에 해당하지 않습니다.
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89. 강재의 침탄시 각종 원소가 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: 64%)
  • 크롬(Cr)은 탄소와 강한 결합력을 가져 탄소의 확산 속도를 늦추는 성질이 있어 침탄 깊이를 얕게 만듭니다.

    오답 노트
    Si: 침탄성을 저해함
    Mn: 침탄성을 증진시킴
    Ni: 표면 탄소 농도 및 침탄 깊이를 감소시킴
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90. 질화처리층의 특성으로 틀린 것은?

  1. 경화층은 얕고, 경화는 침탄한 것보다 우수하다.
  2. 마모 및 부식에 대한 저항이 크다.
  3. 질화법 실행 후 퀜칭을 실시하여야 하며 변형이 커서 주의해야 한다.
  4. 가열온도가 높으면 경도는 저하되지만 질화심도는 커진다.
(정답률: 52%)
  • 질화법은 변태점 이하의 낮은 온도에서 처리하므로 퀜칭(급랭) 과정이 필요 없으며, 이에 따라 열변형과 잔류 응력이 매우 적은 것이 특징입니다.

    오답 노트
    경화층은 얕고 경도는 침탄보다 높음: 옳은 설명
    마모 및 부식 저항성 증대: 옳은 설명
    가열온도 상승 시 경도 저하 및 심도 증가: 옳은 설명
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91. 다음 중 인산염 피막의 종류가 아닌 것은?

  1. 인산망간 피막
  2. 인산아연 피막
  3. 인산철 피막
  4. 인산니켈 피막
(정답률: 73%)
  • 인산염 피막은 처리 성분에 따라 인산망간, 인산아연, 인산철 피막으로 구분됩니다. 인산니켈 피막은 존재하지 않는 종류입니다.
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92. 물리적 증착법의 종류가 아닌 것은?

  1. 진공증착법
  2. 음극스퍼터링
  3. 이온도금
  4. 플라즈마아크
(정답률: 70%)
  • 물리적 증착법(PVD)은 진공증착법, 음극스퍼터링, 이온도금 등이 대표적입니다. 플라즈마아크는 일반적인 PVD 분류에 해당하지 않습니다.
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93. 염욕의 열화를 방지하기 위하여 1000℃ 이상의 고온 염욕시 첨가하는 것은?

  1. NaCl
  2. CaSi2
  3. Mn-Al
  4. H2SO4
(정답률: 58%)
  • 1000℃ 이상의 고온 염욕에서는 염의 증발과 열화를 방지하기 위해 $CaSi_{2}$를 첨가하여 안정성을 높입니다.
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94. 탈탄의 방지책이 아닌 것은?

  1. 염욕 및 금속욕에서 가열한다.
  2. 표면에 금속도금을 한다.
  3. 고온에서 장시간 가열한다.
  4. 중성 분말제속에서 가열한다.
(정답률: 79%)
  • 탈탄은 고온에서 탄소가 빠져나가는 현상이므로, 이를 방지하기 위해서는 고온에서 장시간 가열하는 것을 피해야 합니다.

    오답 노트
    염욕 및 금속욕 가열, 표면 금속도금, 중성 분말제 가열: 모두 탄소의 유출을 막는 유효한 탈탄 방지책입니다.
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95. 시안화구리 도금액 중 고농도액의 조성에 해당되지 않는 것은?

  1. 수산화칼륨
  2. 시안화구리
  3. 산화카드뮴
  4. 시안화나트륨
(정답률: 66%)
  • 시안화구리 도금액의 주요 성분은 시안화구리, 시안화나트륨, 수산화칼륨 등으로 구성됩니다. 산화카드뮴은 구리 도금액의 조성 성분이 아닙니다.
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96. 금속 위의 착색은 장식, 내식, 광학적 기능을 얻기 위하여 실시하는데, 다음의 착색 방법 중에서 철강의 착색방법이 아닌 것은?

  1. 알칼리착색법
  2. 인산염피막법
  3. 알로딘(Alodine)법
  4. 템퍼칼라(Tempercolor)
(정답률: 78%)
  • 알로딘(Alodine)법은 알루미늄 및 알루미늄 합금의 표면에 화학적 피막을 형성하는 착색 방법으로, 철강용이 아닙니다.
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97. 용사법에 사용되는 세라믹 재료의 특징으로 틀린 것은?

  1. 열전도율이 금속에 비해 높다.
  2. 온도 및 약품에 대해 매우 안정적이다.
  3. Al2O3는 열전도율이 가장 높다.
  4. TiO2를 첨가하면 코팅의 기공률이 감소한다.
(정답률: 62%)
  • 세라믹 재료는 일반적으로 금속에 비해 전기 전도도와 열전도율이 매우 낮은 절연체 특성을 가집니다.
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98. 주사전자현미경은 조성에 따른 콘트라스트를 영상화 할 수 있어서 상의 분포를 쉽게 알 수 있다. 이러한 조성에 의한 콘트라스트를 발생시키는 전자는?

  1. 후방산란전자
  2. 이차전자
  3. Auger전자
  4. 캐소드광전자
(정답률: 77%)
  • 주사전자현미경(SEM)에서 시료의 조성 차이에 따른 원자번호 대비(Contrast)를 통해 상의 분포를 확인하는 전자는 후방산란전자입니다.

    오답 노트
    이차전자: 시료 표면의 지형적 정보 제공
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99. PVD 법에서 저항발열원으로 사용하는 내열성 금속이 아닌 것은?

  1. W
  2. Cu
  3. Mo
  4. Ta
(정답률: 74%)
  • PVD 법의 저항발열원은 고온에서도 견딜 수 있는 고융점 금속을 사용해야 합니다. Cu(구리)는 융점이 낮아 내열성 금속으로 부적합합니다.
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100. 플라즈마 CVD 방법으로 코팅하는 이유가 아닌 것은?

  1. 밀착력의 향상을 위해
  2. Aspect Ratio를 높이기 위해
  3. 소지금속의 변형을 예방하기 위해
  4. 저온에서 코팅이 가능하게 하기 위해
(정답률: 75%)
  • 플라즈마 CVD는 플라즈마를 이용해 반응 에너지를 공급하므로 저온 코팅이 가능하여 소지금속의 변형을 예방하고 밀착력을 향상시킬 수 있습니다. 하지만 Aspect Ratio(종횡비)를 높이는 것은 공정의 특성보다는 설계나 식각/증착 제어의 영역이며, 플라즈마 CVD의 주된 도입 목적이 아닙니다.
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