21년 1회차

순철은 탄소가 거의 없는 철이므로 탄소 함유량이 1.0% 이상이라는 설명이 옳지 않다.

순철의 탄소량은 약 0.02% 이하로 매우 적으며, 탄소가 이보다 많아지면 강(steel)이나 주철로 분류된다.

• 순철은 조직이 페라이트 단상이어서 연성과 전성이 좋다.
• 투자율이 높고 자기적 성질이 우수해 변압기·발전기의 철심 재료로 쓰인다.
• 강도와 경도가 낮아 하중을 받는 기계구조용 재료로는 적합하지 않다.

레이놀즈수는 관성력과 점성력의 비이므로 열전도도는 사용되지 않는다.

$Re=\dfrac{\rho V D}{\mu}$ 로, 밀도·속도·대표길이(관 지름)·점성계수만으로 계산한다.

• 유체의 속도는 관성력 항의 분자에 들어간다.
• 유체의 밀도도 관성력 항의 분자에 들어간다.
• 유체의 점도는 점성력을 나타내는 분모에 들어간다.

제시된 특징을 모두 갖는 동력전달 요소는 체인이다.

체인은 스프로킷 이와 링크가 맞물려(positive drive) 동력을 전달하므로 미끄럼이 없어 일정한 속도비를 유지하고 큰 힘을 전달할 수 있다. 마찰에 의존하지 않으니 벨트처럼 초기장력을 줄 필요도 없다.

• 벨트: 풀리와의 마찰로 전달하므로 초기장력이 필요하고 미끄럼(슬립)이 생겨 속도비가 일정하지 않다.
• 로프: 역시 마찰 전동이라 초기장력이 필요하고 미끄럼이 발생한다.
• 마찰차: 접촉면 마찰로 전달하므로 밀어붙이는 힘이 필요하고 미끄럼 때문에 큰 동력 전달과 정확한 속도비 유지에 불리하다.

주축 회전수는 250 rpm이다.

절삭속도 공식은 $V=\dfrac{\pi D N}{1000}$ ($V$: $\mathrm{m/min}$, $D$: $\mathrm{mm}$) 이므로 $N=\dfrac{1000V}{\pi D}$ 이다.

대입하면 $N=\dfrac{1000\times 31.4}{3.14\times 40}=\dfrac{31400}{125.6}$
$N=250\ \mathrm{rpm}$

회전공구를 접합면에 강하게 눌러 문지르며 발생하는 마찰열로 접합하는 방법은 마찰교반용접(friction stir welding)이다.

비소모성 회전공구가 접합선을 따라 이동하면서 마찰열로 재료를 연화시키고 교반하여 고상 상태로 접합한다.

• 초음파용접은 고주파 진동에 의한 미끄럼 마찰로 접합하며 회전공구를 쓰지 않는다.
• 선형마찰용접은 한쪽 부재를 직선 왕복 진동시켜 두 부재끼리 마찰시킨다.
• 관성마찰용접은 플라이휠에 저장된 회전 에너지로 한쪽 부재 자체를 회전시켜 두 부재끼리 마찰시킨다.

미스런·탕경 결함이 생기면 주입온도를 오히려 높여야 하므로, 주입온도를 낮춘다는 설명이 옳지 않다.

미스런(misrun)과 탕경(cold shut)은 용탕의 유동성 부족으로 주형을 다 채우지 못하거나 두 흐름이 융합되지 못해 생기므로 주입온도·주입속도를 높여 해결한다.

• 주조는 주형에 용융금속을 주입한 뒤 응고시키는 과정을 거친다.
• 탕구계를 적절히 설계하면 난류·가스 혼입 등을 줄여 주물 결함을 최소화할 수 있다.
• 용융금속 속 불순물은 응고 중 반응·배출되며 기공·개재물 등 주물 결함을 일으킬 수 있다.

공구 피복재료는 절삭열이 공구 모재로 전달되는 것을 막아야 하므로 높은 열전도도는 요구되는 성질이 아니다.

피복층은 열차폐층 역할을 하도록 열전도도가 낮은 것이 유리하다.

• 고온의 절삭 환경에서 마모·치핑에 견디도록 높은 고온경도와 충격저항이 필요하다.
• 피복이 박리되지 않도록 공구 모재와의 접착성이 좋아야 한다.
• 공작물과의 확산·응착을 막기 위해 화학적 불활성이 필요하다.

역장력(back tension)을 가하면 다이압력은 작아지므로, 다이압력이 커진다는 설명이 적절하지 않다.

역장력은 인발하중은 다소 증가시키지만 다이 면에 작용하는 압력을 낮춰 다이 마모를 줄이고 다이 수명을 늘린다.

• 마찰계수가 커지면 마찰 손실이 늘어 인발하중이 커진다.
• 단면감소율이 커지면 필요한 변형량이 커져 인발하중이 커진다.
• 다이각이 작으면 마찰이, 크면 잉여변형이 커지므로 인발하중이 최소가 되는 최적다이각이 존재한다.

튜브형 소재를 분할다이 안에서 폴리우레탄 등 충전재로 밀어 확장하는 성형법은 벌징(bulging)이다.

내부에서 압력을 가해 관의 일부를 부풀리므로 주전자처럼 배부른 형상을 만드는 데 쓰인다.

• 스피닝은 회전하는 맨드릴에 판재를 대고 롤러로 눌러 축대칭 형상을 만드는 방법이다.
• 엠보싱은 판재에 얕은 요철 무늬를 찍어 내는 가공이다.
• 딥드로잉은 평판 블랭크를 펀치로 다이에 밀어 넣어 이음매 없는 용기를 만드는 방법이다.

와전류의 흐름이 결함에 방해받는 원리를 이용하는 것은 와전류탐상법이므로, 이를 자기탐상법의 설명으로 든 것이 적절하지 않다.

자기탐상법은 강자성체를 자화시킨 뒤 결함부에서 생기는 누설자속에 자분이 모이는 것을 보고 표면·표면 근처 결함을 찾는다.

• 초음파검사법은 결함부에서 반사되는 초음파를 이용해 주로 내부결함을 탐지한다.
• 액체침투법은 표면에 열린 틈으로 침투액이 스며드는 현상을 이용해 표면 결함을 찾는다.
• 음향방사법은 소성변형이나 균열 진전 시 방출되는 응력파를 검출해 결함을 감지한다.

옳은 설명은 취성파괴: 소성변형이 거의 없이 갑자기 발생되는 파괴이다.

나머지 보기는 파괴 형태의 이름과 설명이 서로 뒤바뀌어 있다.

• 수소로 인해 연성이 저하되어 생기는 파괴는 크리프파괴가 아니라 수소취성에 의한 파괴이다.
• 반복응력 하에서 정적 파단응력보다 낮은 응력에서 생기는 파괴는 연성파괴가 아니라 피로파괴이다.
• 고온의 정하중 하에서 시간에 따라 변형이 커지며 생기는 파괴는 피로파괴가 아니라 크리프파괴이다.

브로칭은 회전 단인공구가 아니라 다수의 날이 있는 브로치를 직선 운동시켜 절삭하므로, 이 설명이 옳지 않다.

브로치는 날의 높이가 차례로 커지는 다인공구로, 한 번의 통과로 키홈·스플라인 구멍 등을 가공한다.

• 보링은 이미 뚫린 구멍의 내면을 확장하거나 다듬는 내면선삭 공정이다.
• 리밍은 기존 구멍의 치수정확도와 표면정도를 높이는 다듬질 공정이다.
• 머시닝센터는 자동공구교환(ATC) 기능을 갖춘 CNC 공작기계로 다양한 절삭작업이 가능하다.

냉매는 저온에서도 얼지 않아야 하므로 응고온도가 낮을 것이 옳은 성질이다.

냉매는 상온에서 쉽게 응축되고 저온에서 잘 증발하며, 적은 순환량으로 많은 열을 운반해야 한다.

• 상온에서 응축이 가능하도록 임계온도는 높아야 한다.
• 압축기 부담과 장치 내압을 줄이도록 응축압력은 낮아야 한다.
• 단위 질량당 흡열량이 크도록 증발잠열은 커야 한다.

볼나사는 나사축과 너트 사이의 여러 개의 강구가 순환하며 동력을 전달하므로, 하나의 강구를 이용한다는 설명이 옳지 않다.

강구의 구름 접촉으로 미끄럼 나사보다 마찰이 훨씬 작다.

• 백래시가 작고 운동이 매끄러워 정밀한 위치제어가 가능하다.
• 마찰계수가 작아 기계효율이 높다.
• 예압을 주어 백래시를 작게 하거나 없앨 수 있다.

에너지 손실 없이 송전선·전자석 선재에 쓰이는 것은 초전도 재료의 특성이므로, 이를 형상기억합금의 설명으로 든 것이 옳지 않다.

형상기억합금은 마텐자이트 변태를 이용해 변형 후에도 특정 온도에서 원래 형상으로 돌아가는 합금이다.

• 인공위성 안테나, 치열 교정기 등에 사용된다.
• 대표적인 합금으로 Ni-Ti 합금, Cu-Zn-Al 합금 등이 있다.
• 변형이 가해져도 특정 온도에서 원래 모양으로 회복된다.

릴리프밸브와 감압밸브는 압력제어밸브이므로, 유체방향을 제어하는 밸브라는 설명이 옳지 않다.

유체의 방향을 바꾸거나 막는 것은 체크밸브·방향전환밸브 등 방향제어밸브이다.

• 유량제어로 무단변속이 가능하여 속도제어가 쉽다.
• 작은 장치로 높은 출력을 얻을 수 있고 충격을 흡수하는 특성이 있다.
• 유압 발생장치로 기어펌프, 베인펌프 등 용적형 펌프가 사용된다.

복수기에서 냉각된 물을 보일러로 공급하는 장치는 급수펌프이다.

증기원동기(랭킨 사이클)는 급수펌프 → 보일러 → 증기터빈 → 복수기 순으로 작동유체가 순환한다.

• 고압의 증기를 만드는 장치는 복수기가 아니라 보일러이다.
• 유체에너지를 기계에너지로 바꾸는 장치는 보일러가 아니라 증기터빈이다.
• 팽창 후 증기를 냉각해 물로 만드는 장치는 증기터빈이 아니라 복수기이다.

펄라이트는 페라이트와 오스테나이트가 아니라 페라이트와 시멘타이트의 층상조직이므로, 이 설명이 옳지 않다.

펄라이트는 오스테나이트가 공석변태하여 생긴 조직으로, 페라이트보다 강도·경도가 높다.

• 페라이트는 연성이 크고 상온에서 강자성을 띤다.
• 시멘타이트($\mathrm{Fe_3C}$)는 Fe와 C의 금속간화합물로 경도와 취성이 크다.
• 오스테나이트는 면심입방(FCC) 구조로 성형성이 비교적 양호하다.

펌프 설치위치를 높여 흡입양정을 크게 하면 흡입측 압력이 낮아져 공동현상이 오히려 심해지므로, 이는 대책으로 옳지 않다.

공동현상을 줄이려면 펌프를 낮게 설치해 흡입양정을 작게 하고 흡입측 압력이 포화증기압 아래로 떨어지지 않게 해야 한다.

• 배관을 완만하고 짧게 하면 흡입측 손실수두가 줄어든다.
• 마찰저항이 작은 흡입관을 쓰면 흡입측 압력 강하가 줄어든다.
• 회전수를 과도하게 올리지 않으면 임펠러 입구의 압력 저하를 막을 수 있다.

머리부에 훅을 걸 수 있게 만든 볼트는 아이볼트이므로, 이를 스테이볼트의 설명으로 든 것이 옳지 않다.

스테이볼트는 두 부품 사이에 일정한 간격을 유지하기 위해 사용하는 볼트이다.

• 관통볼트는 두 부품에 관통구멍을 뚫고 볼트를 끼워 너트로 체결한다.
• 스터드볼트는 머리부 없이 환봉 양단에 나사를 낸 볼트이다.
• 탭볼트는 관통구멍을 뚫기 어려운 두꺼운 부품에 암나사를 내고 직접 체결한다.