16년 3회차

X선 필름의 특성곡선은 X선 노출량(exposure)과 필름의 사진농도(optical density) 간의 관계를 그래프로 나타낸 것이다. 가로축은 노출량(로그 스케일), 세로축은 사진농도(선형 스케일)로 표현되며, 이 곡선을 통해 일정한 노출 조건에서 필름이 얼마나 검게 나타날지를 예측할 수 있다. 입도(grain)나 노출시간 같은 다른 변수와의 관계를 나타내는 것이 아니라, 노출량과 농도의 대응 관계만을 나타내므로 보기 1이 정확한 정의다.

미세한 표면 균열은 표면 또는 표면 바로 아래에 위치하여 누설 자기장이 강하게 표출되므로 자분탐상검사로 가장 효과적으로 검출할 수 있다. 자분탐상검사(자기입자탐상검사, Magnetic Particle Testing)는 강자성 재료의 표면 및 표면 근처 결함 검출에 최적화된 방법이다.

자기장을 재료에 인가하면 결함 부위에서 자기장이 새어나가고, 이 누설 자기장에 자분(철 가루)이 모여 결함의 형태를 시각화한다.

큰 내부 기공, 큰 내부 균열, 라미네이션 등 깊은 내부 결함은 누설 자기장이 표면에 도달하기 어려워 검출이 곤란하다.

발포액의 구비조건은 점도가 낮을 것이다. 점도가 낮아 누설된 가스가 액막을 쉽게 뚫고 통과하며 기포를 형성할 수 있어야 한다.

기포누설시험은 압력용기나 배관의 미세한 누설을 감지하기 위해 발포액을 도포하여 기포 발생 여부를 확인하는 방법이다.

• 표면장력이 작아야 액막이 안정적으로 형성되고 미세한 누설공에 침투하기 쉽다.
• 발포액 자체는 거품이 적어야 실제 누설로 인한 기포와 구분 가능하다.
• 유황성분 같은 특정 화학성분은 특수용도를 제외하고는 필수 조건이 아니다.

압력변화에 의한 누설시험법은 시험체를 가압 또는 감압한 뒤 시간 경과에 따른 압력 변화량을 직접 계측하여 누설 유무와 정도를 판정하는 방식이다.

별도의 추적 가스나 발포액을 쓰지 않고 압력계 지시값 자체를 지표로 삼는다는 점이 특징이다.

• 암모니아를 이용하는 방법은 누설된 암모니아가 감응지나 시약과 반응하는 색 변화로 검지한다.
• 기포누설시험은 발포액이나 수조에서 발생하는 거품으로 누설 위치를 찾는다.
• 헬륨을 이용하는 방법은 헬륨 추적가스를 질량분석기로 검출하는 고감도 시험법이다.

파의 진행방향과 입자의 운동이 수직인 경우는 횡파(shear wave)이다. 종파는 진행방향과 입자 운동이 같은 방향(평행)이므로 조건에 맞지 않고, 표면파와 판파는 경계면에서만 발생하는 특수한 파동이므로 부적절하다. 초음파 검사에서 매질 내 진행 중 진행방향과 수직으로 입자가 진동하는 현상은 횡파의 정의와 정확히 일치한다.

초음파탐상시험의 결함탐상에는 일반적으로 $0.5\ \mathrm{MHz} \sim 10\ \mathrm{MHz}$ 대역의 주파수를 사용한다.

주파수가 높을수록 파장이 짧아져 미세 결함의 분해능이 좋아지지만 감쇠도 함께 커지므로, 이 대역이 분해능과 투과력을 모두 만족하는 실용 범위로 채택된다.

• kHz 이하의 저주파는 파장이 너무 길어 금속 내부의 미세 결함을 분해하지 못한다.
• 가청음 수준의 주파수 대역은 결함탐상용 탐촉자의 실용 범위에 들지 않는다.
• 상한을 1MHz 로 잡은 범위는 실제 탐상에 널리 쓰이는 수 MHz 대역을 포함하지 못한다.

자기이력곡선(히스테리시스 루프)은 강자성체를 자화시킬 때 나타나는 자속밀도와 자기장 세기의 관계 곡선으로, 자분탐상검사(MT)와 와전류탐상검사(ECT)가 모두 이 자기적 성질과 직결된다.

자분탐상은 시험체를 자화시켜 누설자속에 자분을 흡착시키는 원리이고, 와전류탐상은 코일이 만든 교번자계로 시험체에 유도전류를 일으키는 원리여서 두 방법 모두 재료의 자기적 반응에 좌우된다.

• 육안검사는 검사자의 시감에 의존하므로 자기적 성질과 관련이 없다.
• 초음파탐상검사는 탄성파의 전파와 반사를 이용하므로 자기이력곡선과 무관하다.

염색침투액의 장점은 자연광(백색광) 아래에서도 관찰이 가능해 별도의 암실이나 자외선 조사장치 없이 간편하게 검사할 수 있다는 점이다.

형광침투액은 미세한 지시의 검출능력과 감도 면에서 우수하지만, 반드시 어두운 곳에서 자외선등을 사용해야 하므로 현장 적용성이 떨어진다.

침투력이나 독성 여부는 침투액의 계열보다 개별 제품의 조성에 따라 달라지는 요소이므로 염색침투액만의 일반적 장점으로 보기는 어렵다.

고밀도 재료에 효율적으로 적용 가능한 비파괴검사법은 중성자투과검사(NRT)이다. 중성자는 원자핵과 상호작용하며, 납 같은 고원자번호 물질에 대해서는 상대적으로 투과력이 우수하고, 저원자번호 물질(수소 함유 결함, 수분 등)을 더 민감하게 검출할 수 있다.

• 납은 원자번호가 크고 밀도가 높은 금속으로, 일반 X선이나 감마선 같은 낮은 에너지의 방사선을 잘 흡수하므로 방사선투과검사(RT)로는 투과 영상화가 어렵다.
• 적외선검사(IRT)는 표면 및 근표면 결함 검출에 제한적이므로 비중이 큰 납의 내부 결함 검사에는 부적합하다.
• 음향방출시험(AE)은 진행 중인 손상만 감지하므로 비중이 큰 납의 내부 결함 검사에는 부적합하다.

관 형상의 시험체에서 중심도체를 통한 전류로 원주방향 자기장을 만드는 전류관통법이 축방향 균열 검출에 가장 적합하다. 축방향 균열을 검출하려면 균열에 수직인 방향의 자기장이 필요하므로, 원주방향 자기장을 형성해야 한다.

전류관통법(중심도체법)은 관의 중심축을 따라 전류를 흘려 원주방향 자기장을 발생시켜 축방향 균열 검출에 최적화되어 있다.

• 프로드(Prod)에 의한 자화는 축방향 자기장을 형성하므로 축방향 균열 검출에 부적합하다.
• 요크(Yoke)에 의한 자화도 축방향 자기장을 형성하므로 축방향 균열 검출에 부적합하다.
• 코일(Coil)에 의한 자화도 축방향 자기장을 주로 형성한다.

경금속 재료의 표면 결함 검출에는 침투탐상시험을 적용할 수 있다는 설명이 옳다.

침투탐상은 재질의 자성 유무와 무관하게 표면에 열려 있는 결함을 모세관현상으로 검출하므로 알루미늄 등 비자성 경금속에도 널리 쓰인다.

• 비파괴검사는 결함검출과 응력·물성 측정 등으로 나뉘며, 인장시험과 같은 파괴적 방법과는 구분된다.
• 표면결함 검출에 적합한 대표적 방법은 침투탐상시험·자분탐상시험이며, 방사선투과시험은 주로 내부결함 검출에 쓰인다.
• 스트레인게이지를 이용한 변형량 측정은 전기저항 변화를 이용하는 전기적 원리이지 화학적 원리가 아니다.

초음파빔은 전파 거리가 멀어질수록 빔이 퍼지는 확산 때문에 단위 면적당 에너지가 줄어 신호가 약해진다.

이 확산 감쇠는 탐촉자에서 멀리 떨어진 결함일수록 에코 높이가 낮게 나타나는 원인이 된다.

• 초음파는 파장이 짧아 오히려 지향성이 예리하다.
• 초음파는 고체 내부를 잘 전파하며, 이 성질을 이용해 내부 결함을 탐상한다.
• 고체 내에서는 횡파뿐 아니라 종파도 함께 존재한다.

전자유도의 법칙을 이용해 시험체 표면과 표면 바로 아래(서브서피스)의 균열을 탐상하는 방법은 와전류탐상시험이다.

코일에 교류를 흘려 시험체에 유도전류(와전류)를 발생시킨 뒤, 결함 때문에 흐트러진 와전류를 코일의 임피던스 변화로 검출한다.

• 침투탐상시험은 모세관현상을 이용해 표면에 열린 결함만 검출한다.
• 방사선투과시험은 투과 방사선량의 차이를 필름 농도로 나타낸다.
• 초음파탐상시험은 시험체 내부로 보낸 탄성파의 반사 신호를 이용한다.

물 세척이 불가능한 환경에서는 용제(용매)로 제거할 수 있는 침투액이 필요하고, 암실 확보가 어려울 때는 형광 방식이 아닌 가시 염색 방식을 적용해야 한다. 후유화성 염색 침투탐상검사는 물로 세척 가능하므로 물 세척 불가 조건에 맞지 않으며, 수세성 형광과 이원성 형광은 모두 형광 방식으로 암실이 필수이다. 용제제거성 염색침투탐상검사는 물 없이 용제로만 제거 가능하고 육안으로 관찰 가능한 가시 염색 방식이므로, 두 조건을 모두 만족한다.

침투탐상검사 결과를 관찰할 때 판단이 곤란한 지시는 무시해도 된다는 설명은 틀렸다.

판정이 애매한 지시는 무시하지 않고 재세척·재시험이나 정밀 관찰 등을 통해 반드시 확인 절차를 거쳐야 한다.

• 자외선이 검사자의 눈에 직접 들어오지 않도록 기구 위치를 조정하는 것은 올바른 관찰 조건이다.
• 빠뜨리는 면이 없도록 순서를 정해 관찰하는 것도 올바른 절차이다.
• 지시모양이 발견되면 위치와 형태를 반드시 기록·표시해야 한다.

현상제(developer)는 침투액을 표면으로 흡출하여 결함을 가시화하는 역할을 하므로, 침투액을 흡출하고 분산시키는 능력이 우수해야 한다(1, 2번 정답). 현상제는 얇고 균일하게 도포되어야 침투액 흡출이 효과적이므로, 두껍게 도포할 수 있어야 한다는 것은 거짓이다(3번 오답). 형광침투제 검사에서는 자외선 조사 시 현상제 자체의 형광이 배경 노이즈가 되므로, 현상제는 형광성이 없어야 한다(4번 정답).

전처리가 필요한 표면오염 중 유기성물질이 아닌 것은 산화물이다.

산화물은 금속 표면에 생긴 무기물 스케일이나 녹으로, 탄화수소 계열의 오염과는 성질이 다르다.

기계유·윤활유·그리스는 모두 탄화수소를 주성분으로 하는 유기성 오염물질로, 침투탐상 전처리에서 유기용제 등으로 제거해야 할 대상이다.

수은 자외선등은 점등 후 광량이 안정되기까지 시간이 필요하므로, 검사를 시작하기 전 최소 5분 이상 예열한 뒤 사용해야 한다.

예열이 부족한 상태에서는 자외선 강도가 불안정해 형광지시의 밝기가 고르지 않아 결함을 놓칠 위험이 있다.

침투탐상검사에서 침투시간에 영향을 주는 인자는 재질의 종류, 검출하려는 결함의 종류, 시험체와 침투액의 온도 등이며, 현상 방법은 이와 무관하다.

현상은 침투액이 결함 속으로 충분히 스며든 이후, 표면에 남은 침투액을 끌어올려 지시를 만드는 후속 단계이므로 침투 자체가 진행되는 시간과는 별개의 공정이다.

반면 재질·결함 형태·온도는 모세관현상이 일어나는 속도와 침투액의 점성·표면장력에 직접 영향을 주므로 침투시간 설정에 반영해야 하는 요소이다.

미세한 결함 속으로 침투제가 스며드는 현상의 기본 원리는 모세관현상이다.

침투액은 표면장력이 낮고 접촉각이 작아 좁은 틈에서도 스스로 빨려 들어가는 성질을 가지며, 이 성질이 미세 균열까지 침투액을 도달시키는 핵심 원리이다.

침투탐상에서 침투액이 결함 내부로 스며드는 능력을 좌우하는 변수는 결함의 입구 크기·형상, 침투액의 표면장력, 침투액과 탐상면의 접촉각 등이다. 이들은 모두 침투 메커니즘의 핵심 요소로, 표면장력이 작고 접촉각이 작을수록, 결함 입구가 클수록 침투가 잘 일어난다. 반면 침투액의 인화점은 액체의 안정성·보관·취급 안전성에 관련된 물성일 뿐, 침투액이 결함 내부로 얼마나 잘 침투하는지에는 직접적 영향을 미치지 않는다.

기온 급강하로 에어졸형 탐상제의 압력이 낮아져 분무가 곤란할 때는 온수 속에 캔을 넣어 서서히 온도를 올리는 방법이 가장 적합하다.

급격한 가열은 캔 내부 압력을 과도하게 높여 파손이나 폭발 위험을 일으킬 수 있으므로 완만하게 온도를 회복시켜야 한다.

• 새 캔과 언 캔을 번갈아 쓰는 것은 언 캔의 문제를 해결하지 못하는 임시방편일 뿐이다.
• 난로 위에 직접 올려 가열하는 것은 급격한 압력 상승으로 위험하다.
• 일시적으로 언 상태라고 해서 바로 폐기할 필요는 없으며, 온도를 서서히 회복시키면 재사용할 수 있다.

통상 원형의 지시로 나타나며 짧은 침투 시간으로도 검출되는 결함은 표면 기공이다.

기공은 개구부가 비교적 크고 뚜렷하게 열려 있어 침투액이 빠르게 채워지므로, 미세하고 폭이 좁은 균열류 결함보다 짧은 침투시간에도 지시가 잘 나타난다.

반면 단조 겹침이나 미세 균열, 열처리 균열은 선상으로 가늘고 깊게 발생하는 경우가 많아 충분한 침투시간이 필요하다.

유화제는 침적법·분무법·붓기법으로 적용한다. 붓칠법은 붓질로 유화제가 침투액과 불균일하게 섞여 유화시간을 관리할 수 없으므로 사용하지 않는다.

침투탐상검사에서 침투액이 강한 산성이어야 한다는 설명은 틀렸다.

침투액은 시험체를 부식시키지 않아야 하므로 화학적으로 안정하고 중성에 가까워야 하며, 강한 산성이나 알칼리성은 오히려 금속 표면을 손상시킬 수 있어 피해야 한다.

온도 변화에 안정적인 성질과 우수한 세척성, 낮은 부식성은 침투액에 요구되는 올바른 특성이다.

침투탐상검사에서 습식현상제는 분무(스프레이) 또는 침지(담금) 방식으로 적용하는 것이 표준이다. 습식현상제는 물에 분산된 미세한 입자로 이루어져 있어 균일한 코팅과 침투된 결함 부위로의 빠른 침투·확산을 위해 액체 상태로 고르게 도포되어야 한다. 보기 1, 3은 솔로 칠하는 방식으로 현상제 입자가 뭉치거나 불균일하게 도포될 우려가 있고, 보기 4는 걸레로 문지르는 방식으로 물리적 자극으로 인해 이미 침투된 염료가 손실될 수 있다. 보기 2의 용기에 담그기(침지)는 검사 대상 표면 전체를 현상제에 충분히 접촉시켜 균일하고 완전한 코팅을 보장하는 가장 표준적인 습식현상제 적용 방법이다.

건식현상제는 시험면이 젖어 있으면 고르게 붙지 않으므로 물세척 후 현상제를 적용하기 전에 건조해야 한다. 유화제를 적용한 뒤에는 건조하지 않고 정해진 유화시간이 지나면 바로 물세척한다.

A형 대비시험편은 알루미늄 합금(A2024P) 판재를 520℃ ~ 530℃ 범위로 가열한 뒤 급랭시켜 표면에 갈라짐(균열)을 인위적으로 발생시켜 제작한다.

이렇게 만든 갈라짐은 두 종류의 침투탐상제 간 성능(감도)을 비교하는 기준으로 사용된다.

침투탐상 시험 기록의 조작 조건 항목은 KS B 0816에서 정한 필수 기재 사항으로, 침투시간, 시험시의 온도, 현상시간 및 관찰시간은 모두 시험 결과의 재현성과 신뢰성에 직접 영향을 주는 핵심 변수이므로 반드시 기재해야 한다. 반면 전처리 시간은 시편을 시험에 앞서 준비하는 단계의 소요 시간으로, 침투탐상의 실제 시험 과정(침투→제거→현상→관찰)에 직접 포함되지 않으므로 조작 조건 항목에서 필수 기재 대상이 아니다.

KS B 0816 침투탐상 시험방법 기준에서 잉여 침투액 제거방법의 분류 기호는 다음과 같다. A는 수세에 의한 방법이고, B는 기름베이스 유화제를 사용하는 후유화에 의한 방법이며, C는 용제 제거에 의한 방법이다. D는 속건식 유화제가 아닌 지연식(수용성) 유화제를 사용하는 후유화에 의한 방법을 의미하므로, 보기 4번의 "속건식 유화제"는 오류다.

분류기호 "FB-W"는 형광침투제·후유화성(기름베이스)·수현탁성 습식현상을 뜻하며, 이 조합의 시험절차는 전처리 → 침투처리 → 유화처리 → 물세척처리 → 습식현상처리 → 건조처리 → 관찰 → 후처리 순서로 진행된다.

습식현상을 사용하는 경우에는 현상 처리를 마친 뒤에 건조를 하는 순서를 따른다는 점이 건식·속건식 현상과 다른 부분이다.

B형 대비시험편은 도금층 두께와 갈라짐 폭이 서로 다른 여러 종류로 되어 있습니다. 이는 탐상제의 성능(검출 능력)을 비교·확인하는 데 쓰는 것입니다. 시험체의 결함 깊이를 추정하는 용도가 아니므로 보기 2가 틀린 설명입니다.

후유화성 형광침투액과 속건식 현상제를 사용하는 시험방법의 기호는 FB-S이다.

F는 형광침투제, B는 후유화성(기름베이스) 제거방법, S는 속건식 현상법을 각각 나타내며, 이 세 요소의 조합으로 시험방법 전체가 규정된다.

시험체와 침투제의 온도가 규정된 범위 안에 있을 때, 강 용접부에 대한 표준 침투시간은 5분이다.

침투시간은 재질과 예상되는 결함의 종류에 따라 표준값이 정해져 있으며, 이 기준시간 이상 침투액을 머무르게 해야 결함 내부까지 충분히 스며들 수 있다.

침투탐상 시험자의 자격요건으로 침투탐상제의 화학 성분을 분석하는 능력이 필요하다는 설명은 틀렸다.

시험자에게 요구되는 것은 침투탐상에 관한 충분한 지식과 기능·경험, 그리고 필요한 자격증 보유 여부이지, 침투탐상제 자체의 화학적 조성을 분석하는 전문 능력이 아니다.

침투탐상제의 성분 분석은 제조사나 별도의 재료 시험 영역에 속하는 업무이다.

KS B 0816의 침투탐상 유화제 점검 기준에서 폐기 판정 대상을 구분하면, 유화 성능 저하, 철저한 흐림·침전물 발생, 점도 상승에 의한 성능 저하는 모두 폐기 대상이다. 반면 규정농도에서의 차이가 3% 미만은 품질 관리 범위 내의 허용오차로 간주되어 폐기하지 않아도 되며, 계속 사용 가능하다.

KS B 0816 침투탐상 시험에서 합격한 시험체의 표시 방법은 전수검사와 샘플링검사로 구분된다. 샘플링 검사의 경우, 합격한 로트의 모든 시험체에 표시하되, 기호 표시가 가능하면 각인, 부식 또는 착색으로 Ⓟ(동그라미 P) 기호를, 기호 표시가 어려운 경우 황색으로 착색하도록 규정하고 있다.

• 기호 표시가 어려운 경우 적갈색으로 착색한다는 설명은 색상이 적갈색으로 잘못되었다(샘플링검사에서는 황색).
• 각인, 부식 또는 착색(적갈색)으로 P의 기호로 표시한다는 설명은 기호를 P로 잘못 표시했다(Ⓟ이어야 함).
• 합격한 로트의 일부 시험체에 표시한다는 설명은 일부 시험체만 표시하는 것으로 규정되지 않았다(로트 내 모든 시험체에 표시).

형광침투탐상 방법에서 관찰용 암실의 최대 조도는 20Lx이다.

암실 조도가 이 기준보다 밝으면 자외선 아래에서 형광 지시의 명암 대비가 흐려져 미세한 결함을 놓칠 수 있으므로, 관찰 전에 암실 조도를 반드시 확인해야 한다.

물 스프레이 노즐로 세척처리를 할 때 특별한 규정이 없는 한 물의 온도는 10℃ ~ 40℃ 범위를 유지해야 한다.

수온이 이 범위를 벗어나면 과도한 세척으로 지시가 지워지거나, 반대로 침투액 제거가 불충분해져 바탕(배경)이 지저분해지는 문제가 생길 수 있다.

일반 주강품을 형광침투탐상할 때 관찰에 필요한 자외선의 강도는 시험체 표면에서 800㎼/cm² 이상이어야 한다.

자외선 강도가 이 기준에 못 미치면 형광지시의 밝기가 충분하지 않아 미세한 결함의 지시모양을 놓칠 위험이 있다.

B형 대비시험편 중 PT-B30은 니켈-크롬 도금 두께가 30±3㎛인 시험편을 의미한다.

대비시험편의 기호 뒤에 붙는 숫자는 도금 두께(μm)를 나타내며, 도금층의 균열 정도로 침투탐상제의 감도와 세척 조건을 확인하는 데 사용된다.

KS B 0888 배관 용접부 비파괴시험 기준에서 침투탐상시험의 합격 판정은 용접결함의 심각성에 따라 A, B, C 기준으로 구분되며, B기준은 중등도 결함을 허용하는 수준이다. B기준에서 독립침투지시(isolated indications)와 연속침투지시(linear indications)는 1개의 길이가 4mm 이하일 때 합격으로 판정된다. 이는 A기준(가장 엄격, 3mm 이하)보다 완화되고 C기준보다는 엄격한 중간 수준의 합격 조건이다.

플래티나이트는 알루미늄 합금이 아니라 약 46% Ni을 함유한 Fe-Ni 합금입니다. 열팽창계수가 유리와 비슷해서 전구 도입선 같은 봉착용으로 쓰입니다. Y-합금, 코비탈륨, 로엑스(Lo-Ex) 합금은 모두 내열용 알루미늄 합금입니다.

마찰계수가 커야 한다는 조건은 틀렸는데, 베어링합금은 오히려 마찰계수가 작아야 윤활유막을 유지하고 발열을 줄일 수 있다.

베어링합금(bearing alloy)은 주로 슬라이딩 베어링의 내면재로 사용되며, 축과의 상대운동 중에 마찰열을 최소화하고 내구성을 확보해야 한다.

반면 경도 및 내압력, 소착 저항성, 주조성·절삭성은 모두 베어링합금의 필수 구비조건으로, 높은 부하를 견디고 가공이 용이하며 축의 요철에 잘 적응해야 하기 때문이다.

이 문제는 저팽창 합금(低膨脹合金)의 성분과 특성을 묻는 문항이다. 주어진 조성 30~32% Ni, 4~6% Co, 나머지 Fe과 20°C에서 팽창계수가 0에 가까운 특성은 인바 계열 합금의 특징이다.

인바(Invar)는 약 36% Ni와 Fe의 합금으로 상온 근처에서 매우 낮은 열팽창계수를 갖는데, 문제의 조성은 이보다 Ni 함량이 다소 낮고 Co를 첨가한 변형으로, 슈퍼 인바(Super Invar)라고 불린다. 슈퍼 인바는 기본 인바에 Co를 4~6% 첨가하여 더 넓은 온도 범위에서 열팽창계수를 낮춘 고급 합금이다.

알민, 알드리, 알클래드는 모두 알루미늄 계열 합금이거나 다른 용도의 재료이므로 해당되지 않는다.

저용융점 합금을 구성하는 금속원소가 아닌 것은 Mo(몰리브덴)이다.

몰리브덴은 녹는점이 매우 높은 고융점 금속으로, 내열 재료나 합금 첨가원소로 쓰인다.

반면 Sn·Pb·In은 녹는점이 낮아 Bi·Cd 등과 함께 저용융점 합금(가용합금)을 이루는 대표적 원소들이다.

페라이트형 스테인리스강은 Cr(크롬)을 12~30% 함유하는 철-크롬 합금으로, Fe 다음의 주요 구성 원소다. Cr은 강의 내식성을 부여하는 핵심 원소이며, 페라이트 조직을 안정화시킨다. W는 공구강의 경화 원소, Sn과 Pb는 스테인리스강의 기본 성분이 아니므로 정답은 2번이다.

소성가공에서 냉간가공과 열간가공의 정의와 특성을 구분하는 문항이다. 냉간가공은 재결정 온도 이하에서 금속을 가공하는 것으로, 이것이 정확한 정의다.

• 열간가공은 기계적 성질이 개선되고 표면산화가 안 된다는 설명은 열간가공의 특성을 잘못 설명했는데, 열간가공은 고온에서 수행되므로 표면산화가 발생하며(산화피가 생김), 기계적 성질 개선은 냉간가공의 특징이다.
• 재결정은 결정을 단결정으로 만드는 것이라는 설명은 재결정의 정의를 오류로 기술했다 — 재결정은 소성변형으로 손상된 결정립이 가열에 의해 새로운 결정립으로 재생성되는 현상이지, 단결정화가 아니다.
• 금속의 재결정 온도는 모두 동일하다는 설명도 틀렸는데, 금속의 재결정 온도는 금속의 종류, 순도, 가공도 등에 따라 달라진다.

편정반응은 하나의 액상이 냉각되면서 고상과 다른 조성의 액상으로 나뉘는 반응이다($L_1 \rightarrow S + L_2$). 1번은 포정반응, 3번은 공석반응, 4번은 공정반응이다.

스프링강에 요구되는 성질은 탄성한도가 높아야 한다는 것이다.

탄성한도가 높아야 반복적인 하중을 받아도 영구변형 없이 원래 형태로 복원되는 스프링 고유의 기능을 유지할 수 있다.

취성이 크거나 산화성이 큰 성질은 오히려 스프링의 내구성과 안전성을 떨어뜨리므로 바람직하지 않다.

용강 중에 Fe-Si, Al 분말 등의 탈산제를 넣어 완전히 탈산한 강괴는 킬드강이다. 킬드강은 산화물 포함량이 적어 내질이 균질하고 우수하며, 탈산제 첨가로 용강 내 산소를 제거하여 응고 시 가스 발생이 거의 없어 조직이 치밀하고 균일하다. 림드강은 탈산을 하지 않아 응고 시 CO 가스가 발생하고, 캡드강과 세미킬드강은 부분적인 탈산만 수행하므로 완전 탈산 조건에 해당하지 않는다.

경질 자성재료는 높은 잔류자기와 큰 보자력을 가져 자기적 성질이 강하게 유지되는 재료다. Nd 자석(네오디뮴 자석)은 영구자석으로서 매우 큰 보자력과 강한 자기력을 지닌 경질 자성재료의 대표 사례다.

• Si 강판은 규소를 첨가한 전기강판으로 연질 자성재료이며 자기 방향 변화에 용이하다.
• 센더스트는 Fe-Si-Al 합금의 연질 자성재료로 높은 투자율과 낮은 손실을 특징으로 한다.
• 퍼멀로이는 Fe-Ni 합금의 대표적 연질 자성재료로 높은 투자율을 가진다.

금속의 기지에 1~5㎛ 정도의 비금속 입자가 분산된 구조를 가지며 내열 재료로 사용되는 복합재료는 cermet(세라믹 메탈)이다.

Cermet은 세라믹(예: 산화물, 탄화물, 질화물 등 비금속)과 금속(코발트, 니켈 등)을 혼합한 재료로, 금속의 인성과 세라믹의 내열성·경도를 결합하여 고온에서의 기계적 성질이 우수하다.

• FRM(Fiber Reinforced Metal)은 섬유 강화 금속으로 입자 크기와 구조가 다르다.
• SAP(Sintered Aluminum Powder)는 소결 알루미늄으로 입자 크기와 구조가 다르다.
• Kelmet은 일반적으로 인정되는 표준 재료가 아니다.

액체 금속이 응고점(녹는점)보다 낮은 온도에서 응고를 시작하는 현상을 과냉 현상이라 한다.

응고가 시작되려면 원자들이 결정핵을 형성해야 하는데, 이 핵 생성에 필요한 에너지 때문에 실제 응고는 이론상의 응고점보다 다소 낮은 온도에서 일어나게 된다.

두랄루민은 Al-Cu-Mg-Mn계 합금으로, 용체화 처리 후 시효시키면 강도가 크게 높아지는 대표적인 시효 경화성 경합금이다. 주강과 흑심가단주철은 철강 재료이고, 화이트 메탈은 Sn·Pb계 베어링 합금이다.

오스테나이트 조직을 유지하면서 내마멸성, 내충격성, 특히 인성이 우수한 강은 고 Mn강(망간강)이다.

고 Mn강은 망간 함량이 10~14% 정도로 높아 오스테나이트를 안정화시키고, 가공경화(work hardening) 성향이 강해 표면의 경도가 높아져 마멸에 강하면서도 내부는 인성을 유지한다. 따라서 광산 파쇄 장치, 임펠라 플레이트, 굴착기 등 충격과 마멸이 심한 환경에서 우수한 성능을 발휘한다.

• 고 Si강은 내식성 강화로, 이 문항의 요구 특성과 맞지 않는다.
• Ni-Cr강은 강도와 인장성능 위주이므로 이 문항의 요구 특성과 맞지 않는다.
• Cr-Mo강도 강도와 인장성능 위주이므로 이 문항의 요구 특성과 맞지 않는다.

비정질 합금 제조법 중 기체 급랭법에 해당하지 않는 것은 스프레이법이다.

스프레이법은 용융 금속을 미세한 액적 형태로 분사해 급랭시키는 액체 급랭법 계열에 속한다.

진공 증착법·스퍼터링법·화학 증착법은 모두 금속을 기체(증기) 상태로 만들어 기판에 응축시키는 기체 급랭법 계열의 대표적 기법이다.

가스충전 용기는 불씨(화기)로부터 $5\ \mathrm{m}$ 이상의 거리를 두고 보관·취급해야 한다.

가스 용기가 화기에 가까이 있으면 복사열에 의한 온도 상승으로 내부 압력이 급격히 높아져 폭발 등 중대 사고로 이어질 수 있어 안전거리 확보가 필수적이다.

용접입열(Heat Input)은 18000 J/cm이다.

용접입열은 다음 공식으로 계산되며, 여기서 V는 아크전압(V), I는 아크전류(A), v는 용접속도(cm/min)이다.
$Q = \frac{V \times I \times 60}{v}$
주어진 값을 대입하면
$Q = \frac{30 \times 200 \times 60}{20} = \frac{360000}{20} = 18000 \text{ J/cm}$

분자의 60을 곱하는 이유는 아크전력(VI, 단위 W=J/s)을 시간당 입열로 변환하고, 용접속도 단위가 cm/min이므로 분당 용접거리당 입열로 환산하기 위함이다.

TIG 용접은 고가의 장비와 높은 기술을 요구하므로 주로 얇은 판재, 비철금속, 고급 품질이 필요한 맞대기 이음에 적합하며, T 이음은 필릿 용접으로 처리하는데 MMA(피복 아크) 용접이 효율적이다. 가스 용접은 맞대기 이음에, 피복 아크 용접은 모서리 이음에, 서브머지드 아크 용접은 겹치기 필릿 이음에 각각 적합하므로, T 이음에 TIG 용접을 선택하는 것은 비경제적이고 부적절하다.