17년 1회차

증발이나 건조가 빨라야 한다는 것은 잘못된 설명이다. 침투액은 오히려 충분한 침투 시간을 확보하기 위해 증발이 느려야 하며, 세척 후에도 결함 내부에 남아있어야 하므로 너무 빨리 건조되면 안 된다.

침투액은 금속 표면의 미세한 결함을 찾기 위한 비파괴검사 재료로서, 이상적인 특성을 갖춰야 한다. 나머지는 모두 침투액의 올바른 특성이다.

• 미세 개구부에 쉽게 침투되어야 한다.
• 얇은 도포막을 형성하여 배경 노이즈를 감소시킨다.
• 냄새가 없고 불연소성이어서 안전성을 확보한다.

봉재의 심(seam)은 금속 표면에서 롤링 과정 중 발생한 표면 결함이 겹쳐진 형태로, 내부 공동이나 밀도 감소가 크지 않아 방사선 투과도의 차이가 미미하여 검출이 매우 어렵다.

방사선투과검사(RT)는 재료를 통과하는 X선이나 감마선의 투과 정도 차이로 결함을 검출하는 방법으로, 밀도 차이가 크거나 내부 결손에는 민감하지만 접촉면 자체의 불연속(면적 결함)은 감지하기 어렵다.

• 판재 두께 차이: 직접 측정 가능하다.
• 탕계: 두 용융물이 완전히 융합되지 않은 밀도 저하 영역으로 투과도 변화가 있다.
• 용접부 수축 균열: 내부 공동으로 명확한 대비를 보인다.

초음파를 포함한 기계파의 전파속도는 매질의 성질에 따라 결정되며, 같은 매질에서는 파의 종류에 따라 다르다. 종파(종방향파)는 입자가 진행방향과 같은 방향으로 진동하며, 액체와 기체에서는 종파만 존재한다. 횡파는 입자가 진행방향에 수직으로 진동하며 고체에서만 전파된다.
압축파는 종파의 다른 표현으로, 같은 속도를 가진다. 표면파는 고체 표면을 따라 전파되며 종파와 횡파의 결합으로, 고체 내부를 전파하는 종파나 횡파보다 느린 속도를 가진다. 일반적으로 같은 고체 매질에서 표면파의 속도는 횡파 속도의 약 0.9배 정도로, 모든 기계파 중에서 가장 느리다. 따라서 정답은 표면파이다.

깁스 자유도 법칙 $F = C - P + 2$를 적용한다. 여기서 $F$는 자유도, $C$는 성분 수, $P$는 상의 개수이다. 압력이 일정하므로 $F = C - P + 1$로 수정된다. A, B 합금은 2개 성분($C=2$)이고, 두 상이 공존하는 영역이므로 $P=2$이다. 따라서 $F = 2 - 2 + 1 = 1$이다. 이는 온도만 독립변수로 선택 가능하며, 온도를 정하면 두 상의 조성과 상의 비율이 자동으로 결정됨을 의미한다.

초소성(superplasticity) 재료의 특징 중 "300 ~ 500% 이상의 연성을 가질 수 없다"는 설명이 틀렸다. 초소성 재료는 오히려 300~500% 이상의 매우 높은 연성을 보이는 것이 핵심 특징이므로, "가질 수 없다"는 표현은 정반대다.

• 슬립 변형이 쉽게 일어난다: 맞다—미세한 결정립 구조에서 슬립 변형이 용이하게 일어난다.
• 낮은 응력으로 변형한다: 맞다—초소성 상태에서는 낮은 응력으로도 대변형이 가능하다.
• 일정한 온도영역과 변형속도의 영역에서 나타난다: 맞다—초소성은 특정 온도 범위(일반적으로 절대 융점의 0.5T_m 이상)와 낮은 변형속도 영역에서만 나타나는 현상이다.

주철은 파면(파괴 시 나타나는 금속 표면의 광택과 색)에 따라 분류되며, 회주철(흑색 파면), 백주철(은백색 파면), 반주철(회색과 은백색의 혼합 파면)이 파면 분류의 세 가지 주요 종류다. 가단주철은 제조 공정(열처리 방식)에 따른 분류로, 백주철을 고온에서 장시간 열처리하여 만드는 것이므로 파면이 아닌 제조 방법을 기준으로 한 분류다.

공구용 합금강에는 내마멸성과 인성(충격에 견디는 성질)이 커야 한다. '마멸성이 커야 한다'는 잘 닳아야 한다는 뜻이므로 틀린 설명이다. 이 밖에 열처리성, 상온·고온 경도, 피삭성이 우수해야 한다.

대표적인 시효 경화성 합금은 Al-Cu 계 합금이며, Al-Cu-Mg-Mn 합금은 Al-Cu 계 초고강도 알루미늄 합금(2XXX계)의 전형적인 성분이다. 용체화 처리 후 상온 또는 저온에서 인공 시효하면 미세한 CuAl₂ 등의 석출물이 형성되어 강도가 크게 증가하는 대표적인 시효 경화성 합금이다.

시효 경화(age hardening)는 과포화 고용체를 열처리하여 미세한 석출물을 형성시켜 경도와 강도를 증가시키는 현상이다.

• Fe-C 합금: 담금질과 뜨임으로 경화되는 일반 강이다.
• Ni-Cu 합금(모넬 합금): 고온에서도 강도를 유지하지만 시효 경화성이 없다.
• Cu-Sn 합금(청동): 가단성과 주조성이 우수한 일반 합금이다.

Fe-C 상태도의 공석반응(오스테나이트 → 페라이트 + 시멘타이트, 즉 펄라이트)은 약 723℃, 0.8%C 부근에서 일어난다. 1147℃는 공정반응, 1493℃는 포정반응 온도이다.

금속 Mn은 개량 처리와 무관한 원소로, 주로 Al-Mn 이진계에서 석출물 형성을 통해 강도를 증가시키는 역할만 수행하며 Al-Si 합금의 Si 정정체 형태 개선에 기여하지 않는다.

Al-Si계 합금의 개량 처리(modification)는 응고 중 형성되는 Si 정정체의 형태를 미세하게 변환하여 기계적 성질을 개선하는 공정이다.

• 금속 Na: Al-Si 합금의 결정립 미세화제로 사용된다.
• 불화물(예: NaF): Na의 산화 손실을 억제하는 역할을 한다.
• 수산화나트륨(NaOH): 개량제 Na의 용해도 및 효율을 높이는 역할을 한다.

Co계 주조 경질 합금은 코발트(Co)를 주성분으로 하는 주조 경질 합금으로, 대표적인 제품이 스텔라이트(Stellite)이다. 스텔라이트는 Co-Cr-W 계통의 합금으로 높은 경도, 내마모성, 내열성을 가져 절삭공구, 내마모 부품 등에 널리 사용된다. 탄소강은 철강재료이고, 게이지강과 구상흑연주철도 주조 경질 합금이 아니므로 정답은 스텔라이트이다.

허용사용률 = $\left(\dfrac{\text{정격 2차 전류}}{\text{실제 용접 전류}}\right)^2 \times \text{정격사용률}$
$=\left(\dfrac{240}{200}\right)^2 \times 50 = 1.44 \times 50 = 72\%$로, 허용사용률은 72%이다.

용접 결함은 구조상 결함, 치수상 결함, 성질상 결함으로 나뉜다. 기공, 언더컷, 오버랩, 슬래그 섞임, 균열 등은 구조상 결함이다. 변형은 치수불량, 형상불량과 함께 치수상 결함에 속한다.