22년 1회차

탄소강은 탄소 함량이 높아질수록 강도·경도는 증가하지만 연성은 감소하므로, 탄소가 많을수록 연성이 증가한다는 설명이 옳지 않다.

탄소가 늘면 단단하고 취약한 시멘타이트(F$e_{3}$C)의 양이 많아져 연신율·단면수축률이 떨어지고 취성이 커진다.

• 온도가 올라가면 원자 이동이 쉬워져 연성이 증가한다는 설명은 옳다.
• 온도가 내려가면 저온취성 등으로 취성이 증가한다는 설명은 옳다.
• 취성이 높은 재료는 소성변형 전에 파단되므로 소성가공에 적합하지 않다는 설명은 옳다.

체인 전동은 고속회전에 부적합하고 운전 중 진동과 소음이 큰 편이므로, 체인이 벨트보다 고속에 적합하고 진동·소음이 적다는 설명이 옳지 않다.

체인은 미끄럼 없이 일정한 속비를 얻는 대신 스프로킷에 감기는 다각형 운동(chordal action)으로 속도 변동과 충격이 생겨 저속·중하중에 주로 쓴다.

• 벨트·체인 같은 간접접촉 전동은 축간 거리가 멀 때 쓰인다는 설명은 옳다.
• 타이밍 벨트는 이가 맞물려 미끄럼이 없으므로 정확한 회전비를 얻는다는 설명은 옳다.
• 평벨트는 약간의 미끄럼(slip)으로 속도비가 변할 수 있다는 설명은 옳다.

원추(원뿔) 면에 이를 깎아 교차하는 두 축 사이에 동력을 전달하는 기어는 베벨기어(bevel gear)이다.

두 축이 한 점에서 만나도록(보통 90°) 배치되며, 이 모양에 따라 직선 베벨·스파이럴 베벨 등으로 나뉜다.

• 웜기어는 교차하지도 평행하지도 않은 엇갈림 축 사이에서 큰 감속비를 얻는 기어이다.
• 스퍼기어는 평행한 두 축 사이에 쓰이며 이가 축과 나란한 원통형 기어이다.
• 헬리컬기어는 평행축용 원통 기어로 이가 나선형으로 비틀려 있다.

늘어난 길이는 0.375 mm이다. 작용 응력이 항복강도보다 작은 탄성 범위이므로 훅의 법칙을 적용한다.

응력 확인: $\sigma=\dfrac{P}{A}=\dfrac{75000\,\mathrm{N}}{500\,\mathrm{mm^2}}=150\,\mathrm{MPa}$로 항복강도 250 MPa보다 작다.

변형량: $\delta=\dfrac{PL}{AE}=\dfrac{75000\times100}{500\times40000}$
$=\dfrac{7.5\times10^{6}}{2\times10^{7}}=0.375\,\mathrm{mm}$ ($40\,\mathrm{GPa}=40000\,\mathrm{N/mm^2}$)

결정립계는 전위의 이동을 막는 장벽이므로 금속의 강도와 연성에 직접 영향을 준다. 따라서 결정립계가 강도·연성과 무관하다는 설명이 옳지 않다.

결정립이 미세할수록 결정립계 면적이 커져 항복강도가 증가하는데, 이를 홀-페치(Hall-Petch) 관계라 한다.

• 냉각속도가 빠를수록 핵 생성이 많아 결정립이 작아지므로, 결정립 크기가 냉각속도에 반비례한다는 설명은 옳다.
• 결정립이 작을수록 항복강도가 커진다는 설명은 옳다.
• 결정립계가 결정립이 성장하며 이웃 결정립과 만나 구분되는 경계라는 설명은 옳다.

파단까지 수백 % 이상 늘어나 복잡한 형상의 성형이 가능한 성질은 초소성(superplasticity)이다. 이를 초탄성합금의 특징으로 설명한 것이 옳지 않다.

초탄성합금은 탄성한도를 넘는 큰 변형을 주어도 하중을 제거하면 원래 형상으로 회복되는 합금(예: Ni-Ti계)이다.

• 비정질합금이 용융상태에서 급랭해 무질서한 원자배열을 갖는다는 설명은 옳다.
• 초고장력합금이 로켓·미사일 구조재료로 개발되어 인장강도와 인성이 우수하다는 설명은 옳다.
• 형상기억합금이 소성변형 후 가열하면 원래 형상으로 되돌아간다는 설명은 옳다.

새들키(saddle key)는 축과 보스(허브)를 결합하는 키로, 축과 축을 연결하는 요소가 아니다.

새들키는 축에 홈을 파지 않고 보스에만 키 홈을 내어 마찰력으로 고정하므로 경하중용으로 쓰인다.

• 클러치는 운전 중에도 두 축을 연결하거나 끊으며 토크를 전달하는 축이음이다.
• 유니버설 조인트는 두 축이 서로 각도를 이루며 교차할 때 토크를 전달하는 축이음이다.
• 원통형 커플링은 두 축을 일직선으로 고정 연결하는 축이음이다.

로크너트(lock nut)는 2개의 너트를 겹쳐 조인 뒤 안쪽 너트를 약간 풀어 두 너트가 서로 밀어붙이게 하는 풀림방지법이다.

두 너트 사이에 축방향 힘이 생겨 나사산 접촉면의 마찰력이 커지므로 진동에도 잘 풀리지 않는다.

• 홈붙이 6각 너트와 분할핀을 쓰는 방법은 분할핀에 의한 풀림방지이다.
• 너트 옆면에 멈춤나사를 박아 고정하는 방법은 멈춤나사(set screw)에 의한 풀림방지이다.
• 탄성이 큰 와셔를 끼워 축방향 힘을 유지하는 방법은 스프링 와셔에 의한 풀림방지이다.

산화철과 알루미늄 분말의 화학 반응열을 이용하는 용접법은 테르밋 용접(thermit welding)이다.

알루미늄이 산화철을 환원하는 테르밋 반응에서 생긴 고온의 용융 철을 맞대기 부위에 부어 넣어 접합하므로, 전력 없이 대형 단면을 용접할 수 있어 레일 접합·대형 주강품 보수에 쓰인다.

• 가스 용접은 아세틸렌 등 가연성 가스와 산소의 연소열을 이용한다.
• 아크 용접은 전극과 모재 사이의 전기 아크열을 이용한다.
• 저항 용접은 접촉부에 대전류를 흘려 생기는 저항열과 가압으로 접합한다.

주형 표면부터 응고가 시작된 뒤 주형을 뒤집어 중앙의 용탕을 쏟아내 속이 빈 주물을 만드는 방법은 슬러시 주조(slush casting)이다. 이를 인베스트먼트 주조로 설명한 것이 옳지 않다.

인베스트먼트 주조는 왁스 모형에 내화물을 입혀 굳힌 뒤 왁스를 녹여 내고 그 공동에 주입하는 정밀주조법(로스트 왁스법)이다.

• 다이캐스팅이 용탕을 고압으로 금형에 사출하는 영구주형 주조라는 설명은 옳다.
• 원심 주조가 주형 회전의 원심력을 이용한다는 설명은 옳다.
• 셸 주조가 모래와 열경화성수지로 만든 얇은 셸 주형을 쓴다는 설명은 옳다.

운전 중에 결합을 풀거나 연결할 수 있는 축이음은 클러치(clutch)이며, 커플링은 운전 중에는 분리할 수 없는 영구 축이음이다. 따라서 커플링에 대한 설명이 옳지 않다.

커플링은 기계를 정지시킨 뒤에야 분해해 두 축을 분리할 수 있다.

• 저널이 회전축에서 베어링과 접촉하는 부분이라는 설명은 옳다.
• 구름베어링이 전동체의 구름 접촉 때문에 미끄럼베어링보다 소음이 발생하기 쉽다는 설명은 옳다.
• 베어링이 축의 하중을 지지하며 원활한 회전을 유지한다는 설명은 옳다.

에너지의 SI 단위는 일과 같은 줄(J) = N·m이므로, 에너지를 N·m/$s^{2}$로 나타낸 것이 옳지 않다.

단위 관계: $1\,\mathrm{J}=1\,\mathrm{N\cdot m}$, $1\,\mathrm{N}=1\,\mathrm{kg\cdot m/s^2}$, $1\,\mathrm{W}=1\,\mathrm{J/s}=1\,\mathrm{N\cdot m/s}$

• 일을 N·m로 나타낸 것은 옳다.
• 힘을 kg·m/$s^{2}$로 나타낸 것은 옳다(뉴턴의 제2법칙 F = ma).
• 동력을 N·m/s로 나타낸 것은 옳다(단위 시간당 일).

연마입자(랩제)를 이용해 공작물 표면을 문질러 정밀한 다듬면을 얻는 가공은 래핑(lapping)이다.

랩(lap)과 공작물 사이에 미세한 연마입자와 랩액을 넣고 상대운동시켜 치수정밀도와 표면정도를 높인다.

• 선삭은 회전하는 공작물에 바이트를 이송해 깎는 절삭가공이다.
• 밀링은 회전하는 다인 공구(밀링 커터)로 평면·홈 등을 깎는 절삭가공이다.
• 드릴링은 드릴로 구멍을 뚫는 절삭가공이다.

F코드는 이송속도(feed)를 지령하는 기능이며, 주축 회전수(속도)는 S코드로 지령한다. 따라서 F코드를 주축모터 각속도 지령으로 설명한 것이 옳지 않다.

NC 프로그램에서 F는 이송 기능, S는 주축 기능, T는 공구 기능, M은 보조 기능, G는 준비 기능을 나타낸다.

• M코드가 주축 정·역회전/정지 등 on/off 제어 지령이라는 설명은 옳다.
• T코드가 공구 교환 등 공구 기능 지령이라는 설명은 옳다.
• G코드가 직선·원호 보간 등 공구이송 운동 지령이라는 설명은 옳다.

다이아몬드 공구는 고온에서 철과 친화성이 커 탄소가 확산·마모되므로 철계 금속보다 비철금속이나 비금속 가공에 적합하다.

알루미늄·구리 합금, 플라스틱, 세라믹 등의 고정밀 마무리 가공에 주로 쓰인다.

• 세라믹 공구는 고온 경도가 우수하지만 온도가 오를수록 경도가 높아지는 것은 아니다.
• 파괴파손을 피하려면 인성이 낮은 재료가 아니라 인성이 높은 공구 재료가 유리하다.
• 고속도강은 초경합금보다 고온 경도가 낮아 더 낮은 절삭속도에서 쓰인다.

작동유에 기포가 생기면 윤활작용이 저하되고 작동유의 열화가 촉진되므로 ㄱ, ㄴ이 옳다.

기포가 섞이면 작동유의 압축성이 증가하여 응답이 늦어지고 작동이 불안정해진다. 압축성이 감소한다는 ㄷ은 원인이 반대로 서술되어 옳지 않다.

• ㄱ의 윤활작용 저하는 기포가 유막 형성을 방해해 생기는 현상으로 옳다.
• ㄴ의 열화 촉진은 기포가 압축될 때의 국부 고온과 공기 중 산소에 의한 산화로 생기는 현상으로 옳다.

숫돌 입자가 고울수록 표면거칠기가 좋아지므로, 입도 번호가 가장 큰 45-A-90-G-5-S-45 숫돌이 가장 좋은 표면거칠기를 얻는다.

숫돌 표시는 제조사 기호-연삭재(A: 알루미나, C: 탄화규소)-입도-결합도-조직-결합제-제조사 기호 순이며, 세 번째 숫자인 입도가 클수록 입자가 미세하다.

• 25-A-36-L-9-V-23은 입도 36으로 가장 거친 입자이다.
• 35-C-50-B-8-B-51은 입도 50으로 입도 90보다 거칠다.
• 51-C-70-Y-7-R-12는 입도 70으로 입도 90보다 거칠다.

폴리머·왁스·금속·세라믹 분말을 얇게 깔고 레이저로 소결해 적층하는 쾌속조형법은 선택적 레이저소결법(SLS)이다.

분말층 위에 레이저를 선택적으로 조사해 입자를 결합시키고, 다음 층의 분말을 다시 깔아 반복한다.

• 광조형법은 액체 상태의 광경화성 수지를 레이저로 경화시킨다.
• 고체평면노광법은 액체 광경화성 수지 층 전체를 마스크를 통해 노광해 경화시킨다.
• 용융-용착모델링법은 열가소성 필라멘트(와이어)를 녹여 노즐로 압출·적층한다.

배기가스 재순환(EGR)은 연소온도를 낮춰 N$O_{x}$를 줄이는 장치이므로, EGR율을 낮추면 N$O_{x}$ 배출량은 오히려 증가한다. 따라서 EGR율을 낮추면 N$O_{x}$가 감소한다는 설명이 옳지 않다.

배기가스 일부를 흡기로 되돌리면 불활성 가스가 열을 흡수해 최고 연소온도가 낮아지고, 고온에서 생성되는 N$O_{x}$가 억제된다.

• 3원촉매가 CO·HC·N$O_{x}$를 동시에 정화한다는 설명은 옳다.
• 경유 자동차에서 PM과 N$O_{x}$ 배출이 문제시된다는 설명은 옳다.
• DPF가 디젤기관의 PM을 80% 이상 저감할 수 있다는 설명은 옳다.

철강 재료는 전해액에 녹지 않는 불활성 탄소를 함유하고 있어 오히려 전해연마가 어렵다. 따라서 연마가 용이하다는 설명이 옳지 않다.

전해연마는 공작물을 양극으로 하여 표면의 미세 돌출부를 전기화학적으로 용해시켜 매끄러운 면을 얻는 방법이다.

• 미세한 버(burr) 제거 작업에도 사용된다는 설명은 옳다.
• 복잡한 형상이나 박판 부품의 연마가 가능하다는 설명은 옳다.
• 물리적인 힘을 가하지 않으므로 가공 변질층 없이 매끄러운 면을 얻는다는 설명은 옳다.