09년 1회차

가열하면 변형 전의 원래 모양으로 돌아가는 재료는 형상기억합금(shape memory alloy)이다.

상온(마텐자이트 상)에서 변형시킨 뒤 변태온도 이상으로 가열하면 오스테나이트 상으로 역변태하면서 기억된 형상을 회복하며, Ni-Ti 합금이 대표적이다.

• 비정질합금은 원자 배열이 불규칙한(결정이 없는) 합금으로, 강도·내식성·자기적 성질이 특징이다.
• 내열금속은 고온에서 강도와 내산화성을 유지하는 재료이다.
• 초소성재료는 특정 온도·변형속도에서 수백 % 이상 늘어나는 재료로, 형상 회복과는 무관하다.

온도에 따라 결정격자 구조가 바뀌는 변태는 동소변태(allotropic transformation)이다.

순철은 912℃에서 체심입방(α철)이 면심입방(γ철)으로 바뀌며, 이처럼 같은 원소가 원자 배열만 달라지는 변태를 동소변태라 한다.

• 자기변태는 결정구조 변화 없이 자성만 바뀌는 변태(순철의 퀴리점 약 768℃)이다.
• 변태점은 변태가 일어나는 온도를 가리키는 말로, 변태의 종류가 아니다.
• 공석변태는 하나의 고용체가 두 고상으로 동시에 분해되는 반응(오스테나이트 → 펄라이트)이다.

비소모성 전극을 쓰는 아크용접은 가스텅스텐아크 용접(GTAW, TIG 용접)이다.

TIG 용접은 녹지 않는 텅스텐 전극으로 아크만 발생시키고, 용가재는 따로 공급한다.

• 서브머지드아크 용접은 용제 속에 묻힌 와이어 전극이 녹아 용착금속이 되는 소모성 전극 방식이다.
• MIG 용접은 연속 공급되는 와이어가 전극이자 용가재로 녹는 소모성 전극 방식이다.
• 피복금속아크 용접은 피복 용접봉 자체가 녹아 들어가는 소모성 전극 방식이다.

숫돌의 형상을 원래대로 바로잡는 작업은 로딩이 아니라 트루잉(truing)이므로 이 설명이 옳지 않다.

로딩(loading, 눈메움)은 연한 재료의 칩이 숫돌 기공에 끼어 절삭성이 떨어지는 현상을 말한다.

• 숫돌은 연삭입자·결합제·기공의 3요소로 구성된다는 설명은 옳다.
• 무뎌지거나 막힌 표면층을 깎아 새 입자를 드러내는 작업을 드레싱이라 한다는 설명은 옳다.
• 연삭비를 제거된 소재 체적과 숫돌 마모 체적의 비로 정의한 설명은 옳다.

힘을 전달하는 기구학적 특성은 재료가 아니라 기구(메커니즘)의 설계에 관한 것이므로 재료의 일반적 성질과 거리가 멀다.

기계재료는 가공성·경제성·물리화학적 성질 등을 갖추어야 한다.

• 주조성·용접성·절삭성 등의 가공성은 재료가 갖출 성질이다.
• 적정한 가격과 구입 용이성 등의 경제성은 재료 선정의 기본 조건이다.
• 내마멸성·내식성·내열성 등의 물리화학적 특성은 재료가 갖출 성질이다.

큰 하중에 쓰이고 설치·조립이 쉽다는 설명은 구름 베어링의 장점으로 옳지 않다.

구름 베어링은 접촉 면적이 작아 충격·큰 하중에 약하고, 큰 하중에는 유막으로 지지하는 미끄럼 베어링이 유리하다. 또 구름 베어링은 끼워맞춤 등 설치에 주의가 필요하다.

• 규격화된 표준품이 많아 교환성이 좋다는 것은 구름 베어링의 장점이다.
• 너비를 작게 할 수 있어 기계를 소형화할 수 있다는 것은 구름 베어링의 장점이다.
• 마찰이 작아 동력 손실이 적다는 것은 구름 베어링의 장점이다.

나사 지시 '4-M8×1.25' 에서 맨 앞의 4는 등급이 아니라 같은 나사를 가공할 개수(4개소)를 뜻하므로, 4를 나사 등급으로 설명한 것이 옳지 않다.

도면의 나사 지시는 개수 - 나사 종류 기호·호칭지름 × 피치 순으로 쓰며, 나사 등급은 필요할 때 호칭 뒤에 따로 붙인다(예: 6H, 6g).

• M은 미터나사를 나타내는 나사 종류 기호이므로 옳다.
• M 바로 뒤의 8은 바깥지름 기준의 호칭지름 8 mm이므로 옳다.
• × 뒤의 1.25는 피치 1.25 mm로, 피치를 따로 적었으므로 옳다.

축의 위험속도는 축의 고유진동수와 가장 관련이 깊다.

회전속도가 축의 고유진동수와 일치하면 공진이 일어나 진폭이 급격히 커지며, 이때의 회전속도를 위험속도라 한다.

• 최대 비틀림모멘트는 축의 강도 설계(비틀림 응력)와 관련된다.
• 베어링의 최고 허용 회전속도는 베어링의 사용 한계이지 축의 공진과는 다르다.
• 최대 굽힘모멘트는 축의 굽힘 강도 설계와 관련된다.

구성인선을 막으려면 윤활성이 높은 절삭제를 사용한다.

구성인선(built-up edge)은 칩이 공구 경사면에 용착·퇴적되는 현상이므로, 칩과 공구 사이 마찰과 용착을 줄이는 것이 핵심이다.

• 윗면 경사각은 작게 하는 것이 아니라 크게 해야 칩 흐름이 좋아져 구성인선이 줄어든다.
• 절삭깊이는 크게 하는 것이 아니라 작게 해야 한다.
• 절삭속도는 느리게 하는 것이 아니라 빠르게 해야(임계속도 이상) 용착이 억제된다.

절삭 소요시간은 프로그램 실행 결과로 나오는 값일 뿐 NC 프로그램에 입력하는 가공정보가 아니다.

NC 프로그램에는 공구 이동 경로와 함께 절삭조건과 보조기능이 지령으로 들어간다.

• 공구 오프셋 량은 공구 보정 지령(G41/G42, G43 등과 보정 번호)으로 포함된다.
• 절삭속도(주축 회전수)는 S 코드로 지령된다.
• 절삭유제 공급 여부는 M 코드(M08 공급, M09 정지)로 지령된다.

접시 스프링 8개는 같은 방향으로 2장씩 겹친 병렬 묶음 4조가 서로 엇갈려 쌓인 직렬 구조이므로, 전체 압축량은 2.0 mm이다.

같은 방향으로 겹친 2장은 병렬이라 묶음 하나의 상수는 $k_1=2\times200=400\ \mathrm{N/mm}$이다.
4조가 직렬이므로 $k=\dfrac{k_1}{4}=\dfrac{400}{4}=100\ \mathrm{N/mm}$이다.
압축량은 $\delta=\dfrac{F}{k}=\dfrac{200}{100}=2.0\ \mathrm{mm}$이다.

• 0.125 mm는 8장을 모두 병렬로 본 값($k=1600\ \mathrm{N/mm}$)이다.
• 1.0 mm는 스프링 1장만의 처짐으로, 직렬 적층을 반영하지 않았다.
• 8.0 mm는 8장을 모두 직렬로 본 값($k=25\ \mathrm{N/mm}$)이다.

인베스트먼트 주조는 공정이 복잡하고 비용이 높은 주조법이므로, 단순·저비용이라는 설명이 옳지 않다.

왁스 모형 제작 → 내화재 코팅 → 모형 용해 제거 → 주형 소성 → 주입의 여러 단계를 거치며, 모형을 매번 새로 만들어야 한다.

• 왁스 패턴 표면을 내화재(내열재)로 코팅해 주형을 만든다는 설명은 옳다.
• 패턴을 왁스·파라핀 등 가열하면 녹는 재료로 만든다는 설명은 옳다.
• 치수 정밀도와 표면이 좋아 복잡하고 세밀한 제품에 적합하다는 설명은 옳다.

유압은 공압보다 응답속도가 빠르므로, 응답속도가 떨어진다는 설명이 옳지 않다.

작동유는 거의 비압축성이라 입력이 곧바로 출력으로 전달되지만, 공기는 압축성이 커서 응답이 늦고 정밀 제어가 어렵다.

• 유량을 조절해 액추에이터 속도를 무단으로 변속할 수 있다는 설명은 옳다.
• 파스칼의 원리로 작은 힘을 큰 힘으로 증폭할 수 있다는 설명은 옳다.
• 온도에 따라 점도가 변해 출력과 속도가 변하기 쉽다는 설명은 옳다.

비틀림각을 1/4로 줄이려면 축 지름을 $\sqrt{2}\,d$로 늘려야 한다.

비틀림각 공식: $\theta=\dfrac{TL}{GI_p},\quad I_p=\dfrac{\pi d^4}{32}$
따라서 비틀림각은 지름의 네제곱에 반비례한다: $\theta\propto\dfrac{1}{d^4}$

비틀림각을 1/4로 하려면 $d^4$가 4배가 되어야 한다.
$d'^4=4d^4\;\Rightarrow\;d'=\sqrt[4]{4}\,d=\sqrt{2}\,d$

• 지름을 2배로 하면 $d^4$가 16배가 되어 비틀림각은 1/16로 줄어 과하다.
• 지름을 4배로 하면 비틀림각은 1/256로 줄어 과하다.

회전수를 높이면 캐비테이션이 오히려 발생하기 쉬워지므로 이 설명이 옳지 않다.

회전수가 높으면 흡입부 유속이 커져 압력이 포화증기압 아래로 떨어지기 쉽다. 캐비테이션 방지에는 회전수를 낮추고 흡입양정을 줄이는 방법을 쓴다.

• 비속도는 펌프 형식·성능과 적정 회전수를 정하는 지표로 쓰인다는 설명은 옳다.
• 송출량과 압력이 주기적으로 변동하는 현상을 서징이라 한다는 설명은 옳다.
• 평형공(balance hole)으로 회전차 앞뒤 압력차를 줄여 축추력을 방지한다는 설명은 옳다.

고유진동수를 높이려면 질량을 낮추어야 한다.

고유진동수는 강성과 질량으로 정해진다.
$\omega_n=\sqrt{\dfrac{k}{m}}$
따라서 질량이 작을수록, 강성이 클수록 고유진동수가 높아진다.

• 강성은 낮추면 고유진동수가 오히려 낮아진다.
• 외력은 고유진동수 식에 들어가지 않는 값으로, 진동의 크기에만 영향을 준다.
• 운동량도 고유진동수를 결정하는 계의 고유 성질이 아니다.

스프링 상수는 코일 평균지름의 제곱이 아니라 세제곱에 반비례하므로 이 설명이 옳지 않다.

원통 코일 스프링의 스프링 상수:
$k=\dfrac{Gd^4}{8nD^3}$
($G$: 소선의 가로탄성계수, $d$: 소선 지름, $n$: 유효 감김수, $D$: 평균지름)

• 감김수(권선수)에 반비례한다는 설명은 옳다.
• 소선의 탄성계수(가로탄성계수)에 비례한다는 설명은 옳다.
• 소선 지름의 네제곱에 비례한다는 설명은 옳다.

다이캐스팅은 금형과 고가 장비가 필요해 대량생산에 적합하므로, 소량생산에 적합하다는 설명이 옳지 않다.

용융금속을 정밀 금형에 고압으로 주입하는 방식이라 금형·설비비가 커서 생산량이 많아야 경제성이 있다.

• 고압으로 빠르게 응고되어 조직이 치밀하고 강도가 크다는 설명은 옳다.
• 치수가 정밀하지만 장치비용이 비싸다는 설명은 옳다.
• 기계 용량을 금형을 닫아 유지하는 체결력(형체력)으로 표시한다는 설명은 옳다.

산소-아세틸렌 불꽃의 온도는 아크보다 낮으므로, 열원 온도가 아크 용접보다 높다는 설명이 옳지 않다.

가스용접의 불꽃 온도는 약 3,000℃ 수준이고 아크는 그보다 훨씬 높다. 그래서 가스용접은 열 집중도가 낮다.

• 가스 유량 조절로 화염 크기를 쉽게 조절할 수 있다는 설명은 옳다.
• 산소와 아세틸렌 혼합비에 따라 산화염·환원염(탄화염)·중성염을 얻을 수 있다는 설명은 옳다.
• 열 집중도가 낮아 가열 범위가 넓고 열변형이 크다는 설명은 옳다.

진자를 낙하시켜 충돌 전후의 위치에너지 차를 재는 것은 충격시험(샤르피·아이조드)의 원리로, 재료의 인성을 측정한다.

이 방식은 시편을 파단시키는 데 흡수된 에너지를 구하는 것이므로 경도 측정 원리가 아니다.

• 압입자를 떨어뜨려 반발 높이를 재는 것은 쇼어 경도(반발식)의 원리이다.
• 일정 하중으로 눌러 압입자국 크기를 재는 것은 브리넬·비커스 경도(압입식)의 원리이다.
• 표준 시편과 서로 긁어 긁힘 여부를 보는 것은 모스 경도(긋기식)의 원리이다.