03년 1회차

고체연료의 공업분석은 수분·회분·휘발분·고정탄소 네 가지 항목을 측정하는 시험이다.

황분은 연료의 원소 구성비를 다루는 원소분석 항목이어서 공업분석의 시험항목에는 포함되지 않는다.

흑연 도가니의 번수는 그 도가니로 한 번에 녹일 수 있는 구리(Cu)의 무게(kg)를 기준으로 매긴다.

따라서 10번 도가니는 1회 용해로 구리 10kg을 녹일 수 있는 크기의 도가니를 뜻한다.

원심주조에서는 회전에 의한 원심력으로 비중이 큰 성분이 바깥쪽으로 밀려나고, 가스나 개재물 같은 가벼운 성분은 안쪽으로 모인다.

또한 주형벽에 맞닿는 바깥쪽 표면부가 가장 빨리 냉각되어 결정립이 미세해지고 조직이 치밀해진다.

주조품 내부에 있는 기공처럼 표면에 드러나지 않는 결함을 찾으려면 초음파탐상시험이 적합하다.

• 형광침투탐상은 표면에 열려 있는 결함만 검출할 수 있다.
• 와전류탐상은 도체 표면 및 표층부의 결함 검출에 쓰인다.
• 누설탐상은 관통형 결함(누출 경로)을 확인하는 시험이다.

초음파는 재료 내부로 투과하므로 표면 아래 깊숙한 기공까지 탐지할 수 있다.

송풍구비(tuyere ratio)는 송풍구(tuyere) 위치에서의 노 단면적을 송풍구 전체의 총단면적으로 나눈 값으로 정의된다.

노의 크기에 대해 송풍구 면적을 얼마나 확보했는지를 나타내는 값이므로, 송풍구의 개수나 노의 높이·내경으로 정의되는 값과는 구별된다.

노블락(novolac)계 페놀 수지를 점결제로 써서 가열된 금형에 모래를 덮어 얇은 껍질 모양의 주형을 만드는 방법이 쉘몰드법이며, 이를 크로닝 프로세스라고도 부른다.

CO₂법은 규산나트륨을 이산화탄소로 굳히는 방식, 풀몰드법은 발포 폴리스티렌 모형을 주형 속에 남긴 채 용탕으로 태워 없애는 방식, 인베스트먼트법은 왁스 모형을 녹여 내는 정밀주조 방식으로 서로 원리가 다르다.

금형을 제작할 때 기준이 되는 목형에 이중 수축여유와 기계가공 여유를 함께 붙여 만드는 것이 원형 모형(Master Pattern)이다.

매치 플레이트는 상형·하형용 모형을 한 판에 붙인 것이고, 패턴 플레이트는 여러 모형을 정반에 고정한 양산용 모형이어서 금형 제작 기준이 되는 원형과는 목적이 다르다.

주강의 탈산제 중에서는 알루미늄(Al)의 탈산력이 가장 강력하다.

Al은 산소와의 친화력이 매우 커서 소량으로도 강한 탈산 작용을 하며, Si-Mn이나 Ca-Si는 이보다 탈산력이 약한 편이다. Fe-S는 애초에 탈산제가 아니라 황을 함유한 성분이다.

주물사는 고온의 용탕에 닿아도 잘 녹지 않도록 내화도가 높아야 하므로, 용해성이 커야 한다는 설명은 주물사가 갖추어야 할 조건과 맞지 않는다.

통기성이 좋아 가스를 잘 빼주고, 주형 제작이 쉬우며, 반복 사용이 가능해야 한다는 조건은 모두 실제 주물사에 요구되는 성질이다.

코크스분말·톱밥·피치분말은 가열되면 타서 없어지는 가연성 첨가제로, 주형 속에 빈 공간을 남겨 붕괴성을 높여준다.

벤토나이트는 오히려 점결력을 높여 주형 강도를 키우는 점토질 결합제이므로 붕괴성 향상 첨가제로는 적합하지 않다.

가압식 탕구계는 탕구계 전체가 용탕으로 가득 차 압력이 유지되므로 회수율이 높아지는 장점이 있다.

다만 좁아지는 단면을 빠르게 통과하는 만큼 난류가 오히려 커지고 이물질 혼입 가능성도 높아지므로, 난류가 적어 이물질 혼입이 적다는 설명은 실제 특성과 반대된다.

압탕의 모양은 표면적과 부피의 비를 좌우해 응고시간에 직접 영향을 주므로, 압탕 모양이 응고시간과 관계없다는 설명은 옳지 않다.

압탕은 주물 본체보다 응고가 늦어야 하고 방향성 응고가 이루어지도록 배치하며, 응고수축이 클수록 압탕도 크게 설계해야 한다.

쉘형법은 가열한 금형에 수지가 코팅된 모래를 덮어 얇은 껍질 형태의 주형을 굳히는 방식이므로, 모형으로 반드시 금형을 사용해야 한다.

생형법·유사형법·CO₂형법은 나무 모형 등 금형이 아닌 모형으로도 조형이 가능하다.

쉘형법(Shell mold Process)은 가열된 금형 표면에 수지 코팅 모래를 얇게 굳혀 껍질 형태의 얇은 주형을 만드는 방법으로, 여기서 제시된 조형법 중 주형 두께가 가장 얇다.

N법과 CO₂법은 상대적으로 두꺼운 사형을 만들고, 인베스트먼트법은 왁스 모형에 내화물 슬러리를 여러 겹 발라 굳히는 방식이어서 쉘형법만큼 얇지는 않다.

염기성 전로는 돌로마이트·마그네시아질 같은 염기성 내화물을 노 내벽에 사용하므로, 산성 내화물인 샤못트 벽돌이 쓰인다는 설명은 맞지 않는다.

염기성 내화물 덕분에 염기도가 높은 슬래그를 쓸 수 있어 인·황 제거가 쉽고, 저품위 원료로도 조업이 가능하다.

비가압식 탕구계는 탕구에서 탕도, 주입구로 갈수록 단면적을 넓혀 용탕의 유속을 낮추고 난류와 공기 흡입을 줄이는 방식이며, 흔히 쓰이는 탕구:탕도:주입구 비율은 1:4:4이다.

이렇게 단면을 키우면 탕구계가 용탕으로 완전히 채워지지 않아 압력은 낮아지지만, 유속이 줄어 이물질이 섞여 들어갈 위험은 작아진다.

라운딩(모서리를 둥글게 함)·덧붙임(변형을 막기 위해 덧대는 살)·기울기(인발구배)는 조형·주조 편의를 위해 도면상의 형상 자체를 바꾸는 사항이다.

반면 수축여유는 응고·냉각 수축을 보정하기 위해 치수를 일정 비율로 키우는 것이어서, 형상을 바꾸는 것이 아니라 크기를 조정하는 요소라는 점에서 성격이 다르다.

다이캐스팅기의 능력은 용탕의 주입 압력에 금형이 밀려 벌어지지 않도록 잡아주는 금형의 체결압력으로 나타낸다.

제품 크기나 금형 무게, 주입 속도는 기계 선정 시 참고되는 조건일 뿐, 다이캐스팅기 자체의 능력을 나타내는 기준은 아니다.

나무 줄기의 중심부인 심재는 변재보다 수분이 적고 조직이 치밀해 단단하다.

변재는 수분 이동에 관여하는 조직이라 수분이 많고 상대적으로 연한 반면, 심재는 수액 이동이 멎은 오래된 조직이어서 단단하고 내구성이 크다.

함수율은 건조 전후 중량 차이를 건조 후 중량으로 나눈 값에 100을 곱해 구한다.

$\dfrac{800-750}{750}\times 100$

따라서 이 목재의 함수율은 약 6.7%이다.

목형은 습기를 먹으면 휘거나 변형되기 쉬우므로, 건조한 상태로 일정 온도를 유지해 보관해야 한다.

따라서 모형을 크기별로 구분해 습하게 영구 보관한다는 설명은 모형 보존관리 원칙과 맞지 않는다.

부분 수리 시에도 전체를 다시 계측·보수하고, 입체적으로 정리해 보관 장소를 관리하는 것은 실제로 필요한 관리 방법이다.

코어프린트는 코어의 위치를 정확히 잡아 고정하고 코어에서 나오는 가스를 빼주는 부분이므로, 코어가 자유롭게 움직일 수 있는 여유를 준다는 설명은 코어프린트의 구비조건과 맞지 않는다.

코어가 흔들리면 주물의 치수 정밀도가 떨어지므로, 코어프린트는 오히려 코어를 단단히 붙잡아 움직이지 않도록 설계해야 한다.

대패의 덧날은 원날을 따라 나오는 대팻밥을 짧게 끊어주는 역할을 해, 나무결이 앞서 들뜨거나 찢어지면서 생기는 거스러미를 막아준다.

이 덕분에 결이 거친 목재를 대패질해도 매끄러운 마감면을 얻을 수 있다.

분할형 목형에서 상형과 하형의 위치를 정확히 맞추고, 상형을 하형에서 수직으로 곧게 뽑을 수 있도록 안내해 주는 것이 다우얼맞춤이다.

주먹장부맞춤·쪽매맞춤·맞대맞춤은 목재 부재끼리를 서로 붙이거나 이어 붙이는 접합 방식으로, 분할형의 정렬·안내 목적과는 쓰임이 다르다.

주강은 응고·냉각 과정에서 주철보다 수축하는 정도가 크며, 대형 주강주물에는 일반적으로 20/1000(약 2%) 수준의 비교적 큰 수축여유가 적용된다.

이는 주철에 흔히 쓰이는 8/1000 안팎의 수축여유보다 훨씬 큰 값으로, 재질에 따른 수축 특성 차이를 반영한 것이다.

목재는 나뭇결을 따르는 섬유 방향으로는 수축·변형이 가장 작고, 나이테를 가로지르는 수선 방향과 나이테를 따라가는 나이테(접선) 방향에서 수축이 훨씬 크게 나타난다.

이 때문에 목형을 제작할 때는 수축이 작은 섬유 방향을 길이 기준으로 잡아 변형을 줄인다.

형강·파이프처럼 단면이 길이 방향으로 일정하거나 규칙적으로 변하는 부재는 도면에서 중간 부분을 파단선으로 생략해 그릴 수 있다.

반면 리벳처럼 크기가 작고 전체 모양을 한눈에 보여줘야 하는 부품은 중간부를 생략하지 않고 그린다.

압축강도는 파괴 시 하중을 단면적으로 나눈 값으로, 이 각재의 압축강도는 15kgf/cm²이다.

단면적은 가로 40mm와 세로 35mm를 곱하여 구한다.
$A = 4\mathrm{cm} \times 3.5\mathrm{cm} = 14\mathrm{cm^2}$

이 값으로 하중 210kgf를 나누면 압축강도가 나온다.
$\sigma = \dfrac{210\mathrm{kgf}}{14\mathrm{cm^2}} = 15\mathrm{kgf/cm^2}$

표준 고속도강은 텅스텐, 크롬, 바나듐을 18:4:1 비율로 함유한 합금공구강이다.

이 조성은 고온에서도 경도를 유지하는 열간경도 특성을 부여해 절삭공구 재료로 널리 쓰인다.

미이하나이트법은 저탄소·저규소의 주철 용탕에 Ca-Si(칼슘-실리콘) 접종제를 첨가해 흑연화를 촉진하는 주철 제조법이다.

접종으로 미세하고 균일한 펄라이트 조직을 얻어 강도와 내마모성이 높은 고급 주철을 만든다.

순금속의 열전도도는 은이 가장 높고 그 뒤를 구리, 금, 알루미늄, 철이 순서대로 잇는다.

즉 Ag > Cu > Au > Al > Fe 순으로 열을 잘 전달한다.

순수 시멘타이트(Fe₃C)는 강자성에서 상자성으로 바뀌는 A₀ 변태를 약 210℃에서 일으킨다.

이는 시멘타이트의 자기적 성질이 사라지는 지점으로, 강재의 상변태 온도들 중 낮은 축에 속한다.

니켈(Ni)은 특수강의 내식성과 내산성을 높이는 대표적인 합금원소로, 오스테나이트 조직을 안정시키면서 산·해수 환경에서의 부식 저항을 크게 개선한다.

탄소·황·납은 내식성 향상과는 무관하며, 황과 납은 오히려 취성이나 편석 등 다른 문제를 일으키는 원소이다.

하부베이나이트가 상부베이나이트보다 조직이 미세하고 탄화물 분포가 균일해 경도가 더 높으므로, 상부베이나이트의 경도가 더 높다는 서술은 틀린 설명이다.

나머지 서술은 모두 타당하다.

• 강괴는 탈산 정도(림드·킬드·세미킬드)에 따라 분류된다.
• 킬드강은 편석이 적어 주조용강으로도 사용할 수 있다.
• 보통 주철의 조직은 흑연과 펄라이트, 시멘타이트로 이루어진다.

오스테나이트계 스테인리스강의 대표 조성은 18%Cr-8%Ni로, 이른바 18-8 스테인리스강이라 불린다.

크롬은 내식성을, 니켈은 오스테나이트 조직을 상온에서 안정화시키는 역할을 한다.

제품 분석은 가공이 끝난 뒤의 품질 확인 활동이라 기계를 운전하기 전 점검 사항과는 거리가 멀다.

운전 전에는 공구 준비, 급유, 기계 점검처럼 안전하게 가동을 시작하기 위한 사전 조치가 필요하다.

냉간균열은 두께가 균일하지 않은 대형 주물을 급랭시킬 때 부위별 냉각속도 차이로 내부에 큰 수축응력이 남아 발생하는 것이 가장 큰 원인이다.

얇은 부위는 먼저 굳고 두꺼운 부위는 늦게 수축하면서 이미 응고된 부분에 인장응력이 걸려 직선형 균열로 나타난다.

주형을 진동시키거나 들어 올릴 때 주형사가 떨어져 나가는 현상을 드롭(drop, drop out) 결함이라 한다.

주물사의 강도나 다짐이 충분하지 않을 때 주로 발생하며, 콜드셧이나 크러싱과는 발생 원인과 형태가 다르다.

흡착식은 분진에 수분(습기)을 부여해 입자를 무겁게 하거나 표면에 달라붙게 만들어 포집하는 방법이다.

충돌식·침강식·원심식은 모두 관성이나 중력, 원심력을 이용해 입자를 건식으로 분리하는 방식이라 습기를 이용하는 방식과는 구분된다.

한국산업규격에서 금속 부문은 KS D 기호로 분류된다.

참고로 KS A는 기본(공통), KS G는 일용품, KS M은 화학 부문을 나타낸다.

주물 말단부에 칠(chill)을 대면 그 부분이 먼저 굳어 압탕 쪽으로 향하는 방향성 응고가 만들어지므로 압탕효과가 커진다. 따라서 칠을 제거하는 것은 압탕효과를 높이는 방법이 아니다.

덧붙임(padding)으로 압탕 쪽 단면을 키우거나, 압탕부에 단열재·발열재 슬리브를 씌우거나, 압탕의 형상계수(체적/표면적)를 크게 해 압탕이 가장 늦게 굳도록 만드는 것은 모두 효과를 높이는 방법이다.

페라이트형 구상흑연주철은 흑연이 구형으로 존재해 응력집중이 가장 적고 기지 조직도 연한 페라이트라서, 상온 충격치가 주철 중 가장 높다.

펄라이트형 구상흑연주철은 기지가 단단해 인성이 낮고, 가단주철은 흑연이 뭉친 템퍼탄소 형태라 구상흑연만큼 응력집중을 줄이지 못해 충격치가 상대적으로 낮다.

탱크 속 기포(공기 혼입)로 인한 소음은 흡입측의 공기 유입을 막고 기포를 제거하는 조치로 해결해야 하며, 오일을 새 것으로 교환하는 것만으로는 원인이 해소되지 않아 대책으로 적절하지 않다.

흡입관 막힘, 스트레이너 막힘, 베어링 마모에 대한 나머지 원인-대책 짝은 모두 타당하다.

수직형으로만 작업이 가능하다는 점은 오히려 기계의 제약이지 장점이라 할 수 없어, 코어 블로잉 머신의 장점과는 관련이 가장 적다.

압축공기를 이용한 신속하고 정확한 조형, 소형부터 대형까지 다양한 코어 제작 가능, CO₂ 가스 취입장치와의 조합을 통한 능률적 취입은 모두 실제 장점에 해당한다.

압력의 SI 단위 기호는 Pa(파스칼)이며, 단위 면적당 작용하는 힘(N/m²)으로 정의된다.

N은 힘, J은 에너지·일, W는 동력의 단위 기호이다.

마그네슘 합금 용탕에서 수소를 제거할 때는 불활성가스를 용탕 속으로 취입해 수소를 가스 기포와 함께 밖으로 배출시키는 방법을 쓴다.

이는 용탕과 반응하지 않으면서 수소만 씻어내는 원리로, 기공 결함을 줄이는 데 효과적이다.

인베스트먼트 주조법은 왁스(wax)로 모형을 만든 뒤 내화물로 감싸고 가열해 왁스를 녹여 없애는 로스트왁스 방식이다.

정밀도가 높은 주물을 얻을 수 있어 복잡한 형상의 소형 부품 제작에 널리 쓰인다.

규사(silica sand)의 주성분은 SiO₂(이산화규소)이다.

SiO₂ 함량이 높을수록 내화도와 열적 안정성이 좋아져 주물사 재료로서 적합하다.

조직검사는 시편을 절단해 현미경으로 금속 조직을 관찰하는 방법이라 주물을 손상시키는 파괴검사에 해당한다.

육안검사·치수검사·중량검사는 모두 제품을 손상시키지 않는 비파괴적 검사 방법이다.

목형의 구석을 둥글게(라운딩) 처리하는 목적은 응고 과정에서 생기는 결함을 줄이기 위한 것이지, 단순히 외관을 좋게 하기 위함은 아니다.

모서리를 둥글게 하면 냉각이 고르게 되어 크랙을 막고, 불순물 석출이나 편석이 한 곳에 몰리는 것도 방지할 수 있다.

자동화가 이루어지면 사람이 하던 작업을 기계가 대신하므로 노동인력은 오히려 감소하며, 노동인력의 증가는 자동화의 효과라 볼 수 없다.

생산성 향상, 노무비 감소, 원자재 비용 감소 등은 자동화를 통해 실제로 얻어지는 효과이다.

인베스트먼트 캐스팅에서 내화 슬러리(코팅재)를 결합시키는 점결제로는 에칠 실리케이트(ethyl silicate)가 주로 사용된다.

왁스는 모형 재료이고, 페놀레진과 칼슘실리케이트는 다른 주형·내화물 계열에서 쓰이는 재료로 인베스트먼트 점결제와는 구분된다.

도면에 기입하는 치수는 가공을 모두 마친 뒤의 완성(다듬질 완료) 치수를 기준으로 한다.

소재 준비 치수나 가공 여유 치수는 공정 계획 단계에서 별도로 산정하는 값이지 도면 표시 치수 자체는 아니다.

탄소 함량 4.3%, 1148℃에서 오스테나이트와 시멘타이트가 동시에 정출되는 공정 조직을 레데뷰라이트(ledeburite)라 한다.

이는 Fe-C 상태도에서 공정점을 이루는 조직으로, 마텐자이트·펄라이트·페라이트와 달리 액상에서 직접 정출되는 공정 조직이라는 점이 특징이다.

반복 측정한 데이터 분포의 평균치와 참값 사이의 차이는 측정의 정확성(정확도)을 나타내는 척도이다.

이는 측정값들이 서로 얼마나 모여 있는지를 뜻하는 정밀도와는 구분되는 개념이다.

대상설비를 외주에 맡길지 결정하는 것은 경영·구매 판단에 가깝고, 예방보전 자체의 기능이라 보기 어렵다.

점검 대상 설비의 선정, 점검 개소·시기의 결정은 모두 예방보전 활동에 직접 포함되는 기능이다.

관리한계선을 이항분포로 구하는 것은 pn 관리도이다.

pn 관리도는 시료의 크기가 일정할 때 그 안에서 나온 부적합품 개수를 그대로 관리하는 계수치 관리도다. 제품 하나하나가 적합·부적합 두 가지로만 판정되므로 부적합품 수가 이항분포를 따른다고 보고 관리선을 계산한다.

반면 단위당 부적합수(결점수)를 다루는 u 관리도는 푸아송분포를 이용하고, 측정값을 다루는 계량치 관리도는 정규분포를 전제로 하므로 이 문제의 조건과 맞지 않는다.

로트(Lot)는 동일한 조건에서 일정한 횟수만큼 제조된 제품의 묶음을 나타내는 개념으로, 일정한 제조회수를 표시하는 개념이라 정의하는 것이 가장 정확하다.

1회 생산수량이나 기계대수·공정수로 나눈 값은 로트수 자체의 정의와는 다른 개념이다.

편차제곱합은 $S=\sum x_i^2-\dfrac{\left(\sum x_i\right)^2}{n}$로 구하며, 계산 결과는 1.029다.

자료 9개의 합은 $\sum x_i=168.4$, 제곱합은 $\sum x_i^2=3151.98$이므로
$S=3151.98-\dfrac{168.4^2}{9}=3151.98-3150.951=1.029$
가 된다.

평균이 $\bar{x}=\dfrac{168.4}{9}\fallingdotseq 18.711$이므로 각 값에서 평균을 뺀 편차를 제곱해 더해도 같은 1.029가 나와 검산된다.

공정 도시기호의 보조기호 가운데 흐름선을 끊고 그 양쪽 끝을 짧은 가로선으로 막아 놓은 기호가 공정계열의 일부를 생략할 때 쓰는 생략 기호다.

공정도에 요소공정을 모두 그리지 않고 중간 구간을 접어 둘 때, 흐름선이 끊겼어도 공정은 이어진다는 뜻을 이 기호로 나타낸다.

• 물결 모양 선을 짧은 선이 가로지르는 기호는 공정계열의 구분을 뜻한다.
• 흐름선 끝에 별표 모양이 붙은 기호는 원재료나 제품 일부의 폐기를, 십자 모양은 흐름선의 교차를 나타낸다.