16년 2회차

액체가 고체표면을 적시는 능력은 적심성(wettability)이다. 적심성은 액체가 고체 표면에 퍼지고 접촉각이 작아지는 정도를 나타내는 성질로, 표면장력과 계면장력의 상대적 크기에 의해 결정된다. 밀도는 물질의 단위 부피당 질량, 점성은 유동 저항, 표면장력은 액체 표면의 인장력으로 각각 다른 개념이다.

표면균열 검출에는 침투탐상검사(PT, Penetrant Testing)가 가장 적합하다.

침투탐상검사는 검사체 표면에 침투액을 도포하여 표면의 열린 결함(표면균열, 포로 등)에 침투액이 흡수되도록 한 후 현상액으로 결함 위치를 시각화하는 방법으로, 표면 결함 검출에 특화되어 있다.

• 초음파검사는 내부 결함 검출에 우수하다.
• 누설검사는 기밀성 검사에 사용된다.
• 음향방출검사는 결함의 동적 성장 감시에 사용된다.

이들은 정기 보수검사에서 표면균열 검출 목적과 맞지 않는다.

카이저효과는 재료에 하중을 다시 가할 때 이전의 최대 하중을 넘기 전까지는 음향방출이 거의 생기지 않는 현상으로, 음향방출시험(AE)에서 다루는 현상이다. X선이 물질과 상호작용하는 방식에는 광전효과, 톰슨산란(간섭성 산란), 콤프톤산란, 전자쌍 생성이 있다.

누설검사법은 배관이나 용기의 누설 여부를 판정하는 방법으로, 가압법(양압 방식으로 압력을 가해 누설 확인), 감압법(내부 압력을 낮춰 누설 확인), 진공법(진공 상태에서 누설 확인) 등이 표준 검사법으로 인정된다. 수직법은 누설검사 표준 분류에 없는 용어로, 배관 설치 방향이나 수직·수평 배치를 의미하는 것으로 누설검사 방법이 아니다.

적외선 써모그래피(infrared thermography)는 물체가 방출하는 적외선 복사에너지를 감지하여 온도 분포를 시각화한 영상으로, 이를 열화상(thermogram)이라 한다. 토모그래피는 단층 촬영 기법이고, 홀로그래피는 간섭·회절을 이용한 3차원 기록 기법이며, C-스코프는 초음파 탐상에서의 단면 표시 방식이므로 모두 적외선 써모그래피의 결과물이 아니다.

강재 내 굴절파가 90도가 되려면 굴절각이 90도여야 하며, 이는 임계각(critical angle) 조건이다.

스넬의 법칙 $n_1\sin\theta_1 = n_2\sin\theta_2$에서 $\theta_2 = 90°$일 때,
$\sin\theta_c = \frac{v_1}{v_2}$이다.
여기서 $v_1 = 2730\text{ m/s}$(아크릴 수지, 입사 매질), $v_2 = 5900\text{ m/s}$(강재, 굴절 매질)이므로
$\sin\theta_c = \frac{2730}{5900} = 0.4627$
$\theta_c = \arcsin(0.4627) \approx 27.6°$이다.

따라서 아크릴 수지에서의 입사각은 약 27.6도여야 한다.

중성자투과 검사(neutron radiography)는 물질 내부를 투과하는 중성자를 이용하는 비파괴검사 방법으로, 강한 중성자선원이 필요하다. 캘리포늄-252(²⁵²Cf)는 자발분열(spontaneous fission)을 통해 다량의 중성자를 방출하는 동위원소로, 휴대가 용이하고 안정적인 중성자선원으로서 중성자투과 검사의 주요 방사선원이다.

• ²⁹⁶Pb는 감마선 방출 동위원소이다.
• ²³⁵U는 핵분열성 물질로 중성자투과검사용으로 적합하지 않다.
• ¹⁴⁷Cs는 베타선 방출 동위원소로 중성자선원이 아니다.

표준침투깊이(standard depth of penetration, δ)는 표면 와전류 밀도가 $1/e$(약 37%)로 감소하는 깊이로 정의된다.

와전류는 전도성 물체에 유도되는 전류로, 표면에서 내부로 침투할수록 지수함수적으로 감소한다. 와전류밀도는 $J(x) = J_0 e^{-x/\delta}$ 형태로 감소하므로, 표면으로부터 깊이 δ인 지점에서 와전류밀도는
$J(\delta) = J_0 e^{-1} = J_0/e \approx 0.368J_0$, 즉 표면 밀도의 약 37%가 된다.

누설검사의 정의와 방법을 구분하는 문항이다. 누설의 유무, 누설위치 및 누설량을 검출하는 것을 '누설검지방법'이라고 한 설명은 '누설검지방법'이라는 용어가 부정확하다는 점에서 틀렸다.

누설의 유무, 위치, 누설량을 검출하는 행위 자체를 '누설검사'라고 하며, '누설검지'는 누설의 유무와 위치만을 검출하는 것을 의미한다. 따라서 누설량까지 포함하는 것은 '누설검정(누설량 측정)' 또는 '누설검사' 전체를 지칭해야 하지, '누설검지방법'이라는 용어는 부적절하다.

• 외부에서 기밀장치로 다른 유체가 유입되는 것을 누설이라고 한 설명은 정확한 누설의 정의이다.
• 방치법 설명은 방치법(압력강하법)의 올바른 설명이다.
• 기초누설검사 설명은 기초누설검사의 특징을 정확히 서술하고 있다.

초음파탐상시험의 공진법은 시험체의 양면이 평행해야 음파가 두 평행면 사이에서 반사·간섭하면서 공진 현상을 일으킬 수 있다. 이를 통해 시험체의 두께 측정이나 결함 탐지 시 최대의 검출 감도를 얻을 수 있다. 다른 방법들—방사선투과(형광투시)는 평행성 무관, 자분탐상(선형자화)은 자화 방향만 중요, 침투탐상은 표면 상태가 주요 조건—은 평행면을 필수 조건으로 하지 않는다.

음향방출시험(AE)은 재료 내부에서 나오는 탄성파(음향)를 검출하는 방법이다. 반면 누설시험(LT)은 압력차에 따른 유체(기체·액체)의 누설을 검출하는 방법이므로, 두 시험은 서로 원리가 다르다. RT·CT는 방사선, MT·ET는 전자기, VT·PT는 광학 및 색채학의 원리를 이용한다.

항공기 터빈블레이드는 표면에 발생하는 균열을 검사해야 하는데, 이에 적합한 와전류 탐상코일은 표면형 코일이다. 표면형 코일은 피검사체 표면에 직접 접촉하여 표면 근처의 얕은 결함을 검출하는 데 최적화되어 있으며, 터빈블레이드의 균열 검사에 광범위하게 적용된다. 내삽형은 튜브 내부 검사, 관통형은 두께가 있는 재료의 관통 검사에 각각 사용되고, 회전형은 축 중심의 검사에 사용되므로 표면 균열 검사에는 부적합하다.

방사선투과검사의 선량률은 역제곱법칙(Inverse Square Law)을 따른다.

거리에 따른 선량률 변화는 $I_1 \times d_1^2 = I_2 \times d_2^2$로 계산된다.
주어진 조건에서 $80 \times 10^2 = I_2 \times 40^2$이므로
$80 \times 100 = I_2 \times 1600$
$I_2 = \frac{8000}{1600} = 5 \text{ mR/hr}$이다.

거리가 4배 증가하면 선량률은 16배 감소하므로, 80mR/hr을 16으로 나누면 5mR/hr이 된다.

자분탐상시험에서 결함 검출에 직접 영향을 미치는 인자는 시험면의 거칠기(거친 면은 자분 응착력 저하), 자화(결함 주변의 누설자계 크기), 자분의 적용(자분의 입도, 농도, 점착성)이다. 반면 검사 시기는 검사 일정에 관련된 행정적·관리적 요소일 뿐, 물리적으로 결함 검출 능력 자체에는 영향을 주지 않는다. 따라서 정답은 검사 시기이다.

형광습식법 연속법의 자분탐상검사 공정 순서는 전처리→자화→자분적용→자화적용→관찰이다. 연속법은 자화와 자분적용을 동시에 진행하는 방식으로, 먼저 시편을 전처리(세척·건조)한 후 자화를 시작하고, 그 과정에서 형광자분을 적용하여 결함 부위에 자분이 흡착되도록 한다. 자화적용 단계는 자분 적용 중 계속 자화를 유지하는 과정이며, 마지막으로 결함을 관찰한다. 보기 2~4는 자분 적용 후 자화하거나, 자화종료 단계를 포함하는 등 공정 순서가 부정확하다.

자분탐상검사(magnetic particle inspection)에서 프로드(prod) 사이의 거리는 검사 대상의 크기와 결함 검출 감도를 고려하여 결정된다. 프로드 간 거리가 너무 좁으면 불필요한 과포화 상태가 되고, 너무 멀면 중앙부의 결함 검출 능력이 저하된다. 일반적인 산업 현장에서 자분탐상검사 시 프로드 사이의 거리는 6~8인치(약 150~200mm)로 설정하여 균형 잡힌 자기장 분포와 결함 감도를 확보하는 것이 표준이다.

검사체의 밀도는 자분탐상검사의 원리와 무관하다. 자분탐상검사는 결함 부근에 발생하는 누설자장에 자성입자(철분)가 모이는 현상을 이용하므로, 결함 주변의 자장 특성이 중요하지만 재료의 밀도는 누설자장 형성이나 자분 집적에 영향을 주지 않는다.

자분탐상검사(자기입자탐상검사, MPI)에서 자분모양 지시를 해석할 때 고려하는 주요 사항은 자장의 방향, 누설자장의 강도, 지시의 모양과 방향이다. 이들은 결함의 위치, 크기, 방향, 성질을 판단하는 데 직접 영향을 미친다.

자분탐상검사는 강자성체 표면의 결함을 자기장과 자성분말로 검출하는 비파괴검사 방법이다. 자장계는 자기장의 세기를 측정하고, 침전계는 자분의 침전 정도를 측정하며, 자외선등은 형광 자분을 관찰할 때 사용하는 필수 기기들이다. 반면 계조계(contrast gauge)는 사진의 명암 대비를 평가하는 기기로 자분탐상검사와 무관한 기기이다.

자분모양 검사에서 표준시험편의 자화특성을 이용한 문제다. A형 표준시험편은 20[Oe]에서 자분모양이 나타나고 400[A]의 전류를 인가할 때를 기준으로 설정되어 있다. 즉, 20[Oe] ↔ 400[A]의 대응 관계가 성립한다.
자계의 강도는 자화전류에 정비례하므로, 40[Oe]일 때의 전류는 비례식으로 구할 수 있다: $\frac{20[\text{Oe}]}{400[\text{A}]} = \frac{40[\text{Oe}]}{I}$
$I = \frac{40 \times 400}{20} = \frac{16000}{20} = 800[\text{A}]$
따라서 자계의 강도가 40[Oe]가 되려면 800[A]의 전류가 필요하다.

자분탐상검사에서 관찰되는 균열의 특성은 발생 원인에 따라 구분되는데, 불규칙적인 방향과 깊이가 깊은 선열처리 균열이다. 열처리 과정에서 급격한 온도 변화로 인한 내부 응력이 축적되면서 결정립계를 따라 불규칙하게 진행되고 깊이가 깊어진다. 이에 비해 연마 균열은 표면의 얕은 미세 균열, 피로 균열은 규칙적인 방사상 패턴, 열영향부 균열은 용접열영향부에서 발생하는 특성을 보여 구별된다.

직류는 표피효과가 없어서 자속이 시험체 내부까지 깊이 들어간다. 그래서 표면 바로 아래에 있는 결함을 찾는 데 가장 적합하다. 반면 교류는 표피효과 때문에 자속이 표면에 몰리므로 표면 결함 검출에 유리하다.

자분탐상장치는 큰 전류를 쓰므로 감전과 누전을 막기 위해 전기회로의 절연 상태를 일상적으로 점검해야 한다. 비형광 자분은 밝은 조명(가시광선) 아래에서 관찰하므로 빛을 차단할 필요가 없다. 형광 자분은 자외선등을 쓰지만 광원을 직접 들여다보지 않도록 주의하면 되며, 검사체를 눈으로 관찰하는 것 자체가 금지되지는 않는다. 가연성 검사액을 쓸 때는 화기를 멀리하고 환기해야 하며, 추운 곳에서 검사할 필요는 없다.

습식자분탐상법(Wet Particle Inspection Method)에서 자분용액은 자화전류를 차단시킨 직후에 적용한다.

자화 중에는 자장이 강해서 자분이 부품 표면에 집중되지만, 전류 차단 직후 잔류자기가 남아있는 상태에서 자분을 분사하면 결함 부위의 자기장 왜곡으로 인해 자분이 모여 결함을 명확하게 드러낸다.

자화되고 있는 동안이나 전류 차단 후 시간이 지나(잔류자기가 감소한 상태)면 검출 감도가 떨어지므로, 전류 차단 직후의 잔류자기 상태에서 자분 적용이 최적이다.

'모든 재질에 대한 검사 감도가 우수하다'는 설명은 거짓으로, 자분탐상검사는 강자성체(철, 강철 등)에만 적용 가능하지만 침투탐상검사는 자성·비자성, 금속·비금속 모든 재질에 적용 가능하므로, 모든 재질 대비 감도 우수라는 주장은 성립하지 않는다.

자분탐상검사는 강자성체의 표면 및 표면하 결함을 검출하는 검사 방법으로, 침투탐상검사와 비교할 때 나머지 설명은 다음과 같이 참이다.

• 검사표면이 다소 거칠어도 결함검출이 가능하다: 자분탐상검사가 표면 거칠기에 영향을 덜 받아 거친 표면에서도 결함 검출이 가능하므로 참(침투탐상은 표면 청결도에 민감)
• 검사표면이 얇게 도금되어 있어도 검사가 가능하다: 자분탐상검사가 표면의 얇은 도금층을 투과하여 검사 가능하므로 참
• 표면결함과 표면하 결함 검출이 가능하다: 자분탐상검사가 표면결함은 물론 표면 아래 수mm 정도의 결함도 검출 가능하므로 참

습식자분검사에서 물과 검사체에 습식자분을 균일하게 분산시키려면 계면활성제를 첨가해야 한다. 계면활성제는 물과 유기물질 사이의 표면장력을 감소시켜 입자가 균일하게 분산되도록 하는 역할을 한다. 방청제는 부식 방지용이고, 백등유와 용제는 윤활·세척용으로 분산성을 위해 사용되지 않는다.

습식자분액의 농도가 균일하지 않으면 자분의 분포가 불균등하게 되어 결함 위치에 모이는 자분의 양이 달라진다. 그 결과 지시의 강도(명암도)가 변하게 되고, 같은 결함이라도 농도가 높은 부분에서는 강하게, 낮은 부분에서는 약하게 나타나므로 판독 시 오판의 위험이 생긴다.

• '자화선속이 균일하지 못하게 된다'는 농도 불균일이 자화선속 자체의 문제가 아니므로 오답이다.
• '유동성을 더욱 좋게 해주어야 한다'는 농도와 유동성은 다른 관리 항목이고 이는 원인이 아닌 대응 방법도 적절하지 않다.
• '부품을 자화시킬 수가 있다'는 습식자분액의 농도 문제와 무관한 사항이다.

정답은 '자계'이다.

물체가 자화되거나 도체에 전류가 흐르면 그 안팎의 공간에 자기력이 작용하며, 이 공간을 자계라고 한다.

• '상자성'은 외부 자계에 약하게 끌리는 물질의 성질이다.
• '강자성'은 외부 자계에 강하게 끌리며 스스로도 자화되는 물질의 성질이다.
• '포화점'은 자계를 더 높여도 자속밀도가 늘지 않는 지점이다.

정답은 '시험체의 표면 및 표면부근에 있는 균열, 기타 홈을 검출하는 목적'이다.

자분탐상시험(KS D 0213)은 철강 재료 등 강자성체의 표면 및 표면 바로 아래에 있는 균열 등 흠을 자분모양으로 검출하는 시험방법이다.

• '시험체 표면의 라미네이션 등 초음파탐상으로 검사가 어려운 결함을 검출하는 목적'은 이 규격이 정한 목적이 아니다.
• '부대체에 관계없이 표면의 결함을 검출하는 목적'은 이 규격이 정한 목적이 아니며, 이 규격의 적용 대상은 철강 재료 등 강자성체이다.
• '시험체 내부의 기공 및 용입부족을 검출하는 목적'은 이 규격이 정한 목적이 아니며, 내부 결함은 자분탐상시험의 검출 대상이 아니다.

자분탐상 시험에서 정류식 장치는 교류를 직류 또는 맥류로 변환하여 자화전류를 공급하는 장치를 의미한다. 1번은 주기적 변화를 설명하므로 교류 또는 펄스식에 해당하고, 2번은 자화전류 장치의 범용적 설명일 뿐 정류식을 특정하지 못하며, 3번은 사이클로트론 등을 사용한 펄스식 장치로 정류식과 다르다. 정류식은 AC-DC 변환기(정류기)를 사용하여 일정한 직류 또는 반주기 맥류를 공급하는 방식이므로 4번이 정확한 정의다.

자분탐상 시험에서 연속법(continuous method)으로 용접부를 탐상할 때, 결함 방향에 직각인 방향의 자계강도는 KS D 2013 규정에 따라 1200 ~ 2000 A/m 범위로 규정된다. 연속법은 자석화와 자분 살포를 동시에 진행하는 방식이며, 이 범위의 자계강도는 용접부의 일반적인 결함(층상 결함, 용접 균열 등)을 효과적으로 검출하기에 충분한 수준이다.

A2-15/50에서 15는 인공 홈의 깊이(μm), 50은 시험편의 두께(μm)이다. 따라서 두께가 15μm라는 설명은 틀리다. A형 표준시험편의 크기는 20×20mm이고, 직선형 인공 홈의 길이는 6mm이다. A형 시험편은 연속법에 사용한다.

정답은 '항상 자분탐상시험을 행한 후에는 반드시 탈자를 해야 함.'이다.

KS D 0213 의 탈자가 필요한 경우에는 '계속해서 시험할 자화방향이 전회의 자화에 의하여 영향을 받을 가능성이 있을 때'·'시험품의 잔류자기가 이후의 기계가공과 계측장치 등에 악영향을 줄 가능성이 있을 때'·'마찰부가 있는 시험품으로서 마찰부분에 철분 등을 흡인해서 마모를 증가시킬 가능성이 있을 때.'가 들어 있고, '항상 자분탐상시험을 행한 후에는 반드시 탈자를 해야 함.'은 그에 들지 않는다.

• '계속해서 시험할 자화방향이 전회의 자화에 의하여 영향을 받을 가능성이 있을 때'는 탈자가 필요한 경우이다.
• '시험품의 잔류자기가 이후의 기계가공과 계측장치 등에 악영향을 줄 가능성이 있을 때'는 탈자가 필요한 경우이다.
• '마찰부가 있는 시험품으로서 마찰부분에 철분 등을 흡인해서 마모를 증가시킬 가능성이 있을 때.'는 탈자가 필요한 경우이다.

KS B 6752(압력 용기-비파괴 시험 일반)의 파이형 자장지시계(pie-shaped field indicator)는 자장 강도의 분포와 적합성을 확인하는 기준 도구로, 8개의 저탄소강 파이조각으로 구성되어 있으며 건식자분과 함께 사용된다(1, 2, 4번 모두 정답). 파이형 지시계는 자장이 고르게 분포하는지 정성적으로 평가하는 것이 목적이므로 최대 자장 강도의 정량적 측정에는 사용되지 않고, 이를 위해서는 별도의 가우스 미터 등 측정 장비가 필요하다. 따라서 3번이 틀린 설명이다.

정답은 '1/4~1초'이다.

KS D 0213에서 잔류법의 통전시간은 원칙적으로 $\tfrac{1}{4}\sim 1\,\mathrm{s}$이다.

• '4~6초'는 잔류법의 원칙 통전시간이 아니다.
• '2~3초'는 잔류법의 원칙 통전시간이 아니다.
• '1/100~1/50초'는 잔류법의 원칙 통전시간이 아니다.

KS D 0213에서는 동일 직선상에 있는 자분모양 사이의 거리가 2mm 이하인 경우 이를 연속된 1개의 지시로 간주한다. 문제의 자분모양은 길이 2mm와 3mm이며 사이 거리가 1.8mm(2mm 이하)이므로 연속한 1개의 지시로 판정한다. 이때 지시길이는 두 지시의 길이와 그 사이 거리를 모두 합산하므로 $2 + 1.8 + 3 = 6.8$mm가 된다.

KS D 0213의 자화방법 기호에서 I는 자속관통법이다. 나머지 기호는 극간법 M, 축통전법 EA, 직각통전법 ER, 전류관통법 B, 코일법 C, 프로드법 P이다.

KS D0213 자분탐상 시험방법 규정에서 형광자분 사용 시 자외선 조사장치의 자외선 강도는 필터면에서 38cm 떨어진 위치에서 800 μW/cm² 이상이어야 한다. 이는 형광자분의 발광 특성을 충분히 유지하기 위한 최소 조사 강도 기준으로, 자외선 강도계로 직접 측정하여 확인해야 한다.

자분탐상 시험편의 표준 인공결함은 KS D0213에 규정된 기준에 따라 정의된다. A형 표준시험편에는 원형과 직선형의 두 가지 인공결함이 표준으로 사용되며, 이를 통해 자분탐상 장비의 성능과 검사자의 능력을 평가한다. 십자형, 오목형, 돌출형, 코나형 등은 A형 표준시험편의 표준 인공결함으로 규정되지 않는다.

KS D0213 자분탐상 시험방법에서 자분의 적용 원칙은 다음과 같다. 자분은 시험면과 충분한 대비를 이루어야 결함 검출이 가능하므로, 검은 자분은 밝은 배경에, 밝은 자분은 어두운 배경에 적용하여 시각적 차이를 극대화해야 한다.

• '시험체의 크기와 치수는 고려할 필요가 없다'는 오류인데, 시험체의 크기·형상·치수는 적절한 자분 크기와 분산매 선택에 영향을 주므로 반드시 고려해야 한다.
• '연속법에서 자화 조작 종료 후에는 분산매의 흐름이 있어도 무관하다'도 오류로, 연속법에서는 자화 중 자분(또는 검사액)을 흐르게 하되, 자화 조작 종료 후에는 분산매 흐름을 중단하여 자분이 정착할 시간을 확보해야 한다.
• '습식법에서는 자화 시 검사액이 흐르지 않도록 해야 한다' 역시 오류로, 습식법에서는 자화 시 검사액이 흘러야 자분이 결함 부위에 집중되므로, 자화 중 검사액의 흐름은 필수 조건이다.

A형 표준시험편에서 A2(냉간압연재)는 A1(풀림 처리한 재료)보다 높은 유효자계 강도에서 자분모양이 나타난다. 시험편 크기는 20mm×20mm이고, 직선형 인공흠의 길이는 6mm이다. 분수치(흠 깊이/판 두께)는 작을수록 더 높은 유효자계가 필요하므로 4번은 틀렸다.

자분탐상 시험의 B형 대비시험편(표준시험편)은 장치, 자분, 검사액의 성능 확인을 목적으로 사용되는 표준화된 참고시편이다. 검사 전 이들 재료와 장치가 규격 범위 내에서 정상 작동하는지 검증하기 위해 정기적으로 사용된다. 반면 유효자계 강도 확인은 A형 시험편(자계 측정편)이 담당하는 역할로, A형은 자계의 강도를 직접 측정하고 검증하는 데 특화되어 있다. 따라서 B형 대비시험편의 사용 목적에 포함되지 않는 것은 유효자계 강도 확인이다.

KS D 0213 철강 재료의 자분 탐상 시험방법 규격에서 형광습식법(fluorescent wet method)에 사용되는 자분의 농도범위는 0.2~2g/L이다. 형광습식법은 자분이 미세하고 균일하게 분산되어야 결함 검출 감도가 우수하므로, 건식법보다 낮은 농도 범위를 유지하여 자분의 응집을 방지하고 결함 부위로의 집중을 용이하게 한다.

면심입방(FCC, Face-Centered Cubic) 격자의 단위 격자당 원자수는 다음과 같이 계산된다. 꼭짓점(corner)에 위치한 원자는 8개이고 각각 8개 단위격자에 공유되므로 8 × 1/8 = 1개, 면의 중심(face center)에 위치한 원자는 6개이고 각각 2개 단위격자에 공유되므로 6 × 1/2 = 3개이다. 따라서 면심입방격자의 단위격자당 원자수는 1 + 3 = 4개이다.

라우탈(Lautal) 합금은 Al-Si 계 주조용 알루미늄 합금으로, 시효경화성을 가지며 규소 첨가로 주조성을 개선한 합금이다(1, 2번 정확). 구리를 소량 첨가하여 절삭성을 향상시키므로 4번도 정확하다. 3번이 틀린 이유는 라우탈 합금이 오히려 주조 균열이 적은 저감감성 합금이기 때문이다. Si 함량이 적절하게 조정되어 있어 응고 수축이 작고 균열 경향이 낮아서 사형주물뿐 아니라 다양한 주조 방법에 적합하다는 점에서 3번의 "주조 균열이 크다"는 설명이 합금의 본래 특성과 모순된다.

냉간 가공 시 금속의 결정입자가 미세화되어 재료가 경화되는 현상은 가공경화(strain hardening, work hardening)이다. 냉간 가공 중 금속 결정 내 전위(dislocation)가 증가하고 이들이 서로 상호작용하면서 결정입자가 작아지고 조직이 조밀해져 강도와 경도가 증가한다. 전해경화는 전기화학적 처리, 고용경화는 합금원소 첨가, 탈탄경화는 표면 탄소 손실로 인한 경화로 모두 다른 메커니즘이다.

깁스 자유도 법칙 $F = C - P + 2$를 적용한다. 여기서 F는 자유도, C는 성분수, P는 상의 수이다. 물과 얼음의 평형 상태에서 C = 1(물이 유일한 성분)이고 P = 2(액체 물과 고체 얼음)이므로, $F = 1 - 2 + 2 = 1$이다. 따라서 자유도는 1이며, 이는 온도 또는 압력 중 하나만 독립적으로 변할 수 있고 나머지 하나는 자동으로 결정된다는 의미다.

정답은 '마찰계수가 클 것'이다.

베어링용 합금이 갖추어야 할 조건에는 '충분한 점성과 인성이 있을 것'·'내식성 및 내소착성이 좋을 것'·'하중에 견딜 수 있는 경도와 내압력을 가질 것'이 들어 있고, '마찰계수가 클 것'은 그에 들지 않는다. 베어링용 합금은 마찰계수가 작아야 한다.

• '충분한 점성과 인성이 있을 것'은 베어링용 합금이 갖추어야 할 조건이다.
• '내식성 및 내소착성이 좋을 것'은 베어링용 합금이 갖추어야 할 조건이다.
• '하중에 견딜 수 있는 경도와 내압력을 가질 것'은 베어링용 합금이 갖추어야 할 조건이다.

순철의 결정구조 변화는 온도에 따라 결정되는 상변태(allotropic transformation)이다. 상온(약 25°C)에서는 BCC 구조(페라이트, α-Fe)이며, 가열하면 912°C에서 FCC 구조(오스테나이트, γ-Fe)로 변환되고, 1394°C 이상에서는 다시 BCC 구조(δ-Fe)로 복귀한다. 따라서 순철을 상온부터 지속적으로 가열할 때의 결정구조 변화 순서는 BCC → FCC → BCC이다.

열팽창 계수가 매우 작아 길이 변화가 거의 없는 특성을 가진 Ni-Fe 합금은 인바(Invar)다. 인바는 약 36% Ni과 64% Fe로 구성되며, 상온 부근에서 열팽창 계수가 매우 낮아 측정용 표준자, 정밀 기계 부품, 바이메탈 등 치수 안정성이 중요한 용도에 널리 사용된다. 인코넬은 Ni-Cr 계 고온 합금이고, 두랄루민과 코스합금은 Al 또는 Cu 계 합금으로 Ni-Fe 합금이 아니다.

초정(primary crystal)은 공정반응(eutectic reaction) 이전에 먼저 석출하는 결정을 의미한다.

합금이 냉각될 때 액상에서 고상으로의 상변화가 일어나는데, 공정온도에 도달하기 전에 한 종류의 고용체가 먼저 형성되며, 이것이 초정이다. 공정온도에 도달하면 남은 액상이 동시에 2가지 이상의 고용체로 분해되는 공정반응이 일어나고, 이때 생성되는 결정들은 공정정(eutectic crystal)이라 구분된다.

따라서 초정은 공정반응 전에 정출한 결정이다.

주철에서 Si 첨가 시 Fe-C 상태도에 미치는 영향을 분석하면, Si는 오스테나이트(γ) 상에서 탄소의 용해도를 감소시키는 원소다. 이는 Si가 페라이트(α)를 안정화하고 오스테나이트 영역을 축소시키기 때문이다.

• '공정 온도가 내려간다'는 오류로, Si 첨가는 공정 온도(약 1147°C)를 상승시킨다.
• '공석 온도가 내려간다'도 오류로, Si 첨가는 공석 온도(약 727°C)를 상승시킨다.
• '공정점은 고탄소측으로 이동한다'도 오류로, 공정점은 저탄소측으로 이동(약 4.3% → 3.9%)한다.

정답은 '수지상정'이다.

용융금속이 응고할 때 작은 결정핵이 생기고 그 핵을 중심으로 금속이 나뭇가지모양으로 발달하는 조직을 수지상정이라고 한다.

• '입상정'은 결정이 알갱이 모양으로 발달하는 조직이다.
• '주상정'은 결정이 기둥 모양으로 발달하는 조직이다.
• '등축정'은 세 방향의 길이가 비슷하게 발달하는 결정이다.

Y합금은 알루미늄 합금 중에서 Al-Cu-Ni-Mg를 주성분으로 하는 합금으로, 고온에서의 강도와 내열성이 우수하여 공랭식 실린더 헤드, 피스톤, 실린더 라이너 등 내연기관의 고온 부품에 널리 사용된다. 이 합금의 Ni과 Mg은 고온강도를 향상시키고, Cu는 경화 능력을 부여하여 우수한 내열성을 확보한다.

정답은 '알칼리에는 부식되나 산이나 염류에는 침식되지 않는다.'이다.

마그네슘(Mg)의 성질에는 '용융점은 약 650℃ 정도이다.'·'Cu, Al 보다 열전도율은 낮으나 절삭성은 좋다.'·'실용 금속 중 가장 가벼운 금속으로 비중이 약 1.74 정도이다.'가 들어 있고, '알칼리에는 부식되나 산이나 염류에는 침식되지 않는다.'는 그에 들지 않는다. 마그네슘은 알칼리에는 잘 견디고 산이나 염류에는 침식된다.

• '용융점은 약 650℃ 정도이다.'는 마그네슘의 성질이다.
• 'Cu, Al 보다 열전도율은 낮으나 절삭성은 좋다.'는 마그네슘의 성질이다.
• '실용 금속 중 가장 가벼운 금속으로 비중이 약 1.74 정도이다.'는 마그네슘의 성질이다.

은(Ag)은 전기전도도와 열전도도 모두에서 금속 중 최고의 성능을 나타낸다.

전기전도도는 금속의 자유전자 농도와 이동도에 의존하는데, 은의 d-궤도 전자가 완전히 채워져 있어 s-궤도 전자가 자유롭게 움직일 수 있으며, 결정구조상 산란이 적어 최상의 전도성을 갖는다. 열전도도 역시 금속의 자유전자에 의해 주로 결정되므로(Wiedemann-Franz 법칙), 전기전도도가 우수한 금속은 열전도도도 우수하다.

• 금(Au)은 은보다 전도도가 낮다.
• 백금(Pt)은 은보다 전도도가 낮다.
• 납(Pb)은 상대적으로 훨씬 낮은 전도도를 가진다.

주석(Sn)과 안티몬(Sb), 구리(Cu)를 주요 성분으로 하는 합금은 배빗메탈(Babbitt metal)이다. 배빗메탈은 주석 80~90%, 안티몬 7~15%, 구리 3~10% 정도의 조성으로 만들어지며, 베어링 합금으로 사용되는 주석계 화이트 메탈의 대표적 예다. 인코넬은 니켈 기반 내열합금, 콘스탄탄은 구리-니켈 합금, 알클래드는 알루미늄 합금이므로 모두 이와 무관하다.

연질 자성 재료는 낮은 보자력을 가져 자화와 소자화가 쉽고, 히스테리시스 손실이 작아 변압기·모터 등 전자기 장치에 사용되는 재료다. 보기를 검토하면, 1번 알니코는 고보자력 영구자석이고, 2번 네오디뮴은 강한 자성의 희토류 영구자석이며, 4번 페라이트도 높은 보자력의 영구자석이다. 반면 3번 센더스트(sendust, Fe-Si-Al 합금)는 매우 낮은 보자력과 높은 투자율을 가진 연질 자성 재료로, 고주파 응용과 변압기 철심에 널리 사용된다.

연강용 피복 아크 용접봉의 분류에서 저수소계 용접봉은 피복제에 형석(플루오르화물)과 탄산염 등을 사용하여 용접 시 수소 발생을 억제하고, 용융금속의 냉각 속도를 낮춰 기계적 성질과 내균열성이 우수하다.

• 고산화티탄계는 산화티탄을 주성분으로 하여 용접성과 외관이 우수하지만 수소함유량이 적다는 특징은 없다.
• 라임티타니아계는 산화티탄과 석회를 혼합한 것으로 산화성이 강하다.
• 고셀롤로오스계는 셀롤로오스를 주성분으로 하여 깊은 용입력이 특징이지만 수소발생량이 많다.

정답은 '역화'이다.

팁 끝이 막히거나 과열되고 사용 가스의 압력이 부적당할 때 팁 속에서 폭발음이 나며 불꽃이 꺼졌다가 다시 나타나는 현상을 역화라고 한다.

• '역류'는 가스가 거꾸로 흘러드는 현상이다.
• '인화'는 불꽃이 토치의 혼합실까지 들어가는 현상이다.
• '취화'는 금속이 메짐성을 갖는 성질 변화이다.

단위길이 1cm당 발생하는 용접입열은 15000 J/cm이다.

용접입열(Heat Input)은 아크 전력과 용접시간의 곱을 용접길이로 나눈 값으로 계산된다. 공식은
$Q = \frac{V \times I \times 60}{v}$ (단위: J/cm)
이며, 여기서 V는 아크 접압(V), I는 아크 전류(A), v는 용접속도(cm/min)이다. 주어진 값을 대입하면
$Q = \frac{25 \times 150 \times 60}{15} = \frac{225000}{15} = 15000 \text{ J/cm}$이다.