14년 2회차

금속 내부의 불연속을 검출하는 데 적합한 조합은 방사선투과시험과 초음파탐상시험이다.

RT는 투과한 방사선의 강약 차이로, UT는 초음파의 반사·투과 특성으로 재료 내부까지 검사할 수 있어 체적(내부) 결함 검출에 활용된다.

• 와전류탐상시험과 누설시험은 표면이나 관통 결함 검출에 주로 쓰여 내부 불연속 검출에는 한계가 있다.
• 누설시험과 자분탐상시험의 조합도 표면 위주의 검사법이라 내부 결함 검출에는 적합하지 않다.
• 침투탐상시험은 표면에 열린 결함만 검출할 수 있어 내부 결함은 검출하지 못한다.

수세성 형광침투액과 건식현상제를 사용하는 시험방법은 FA-D로 표기한다.

KS B 0816 분류기호에서 F는 형광침투액, A는 수세성 제거방법, 대시 뒤의 D는 건식현상법을 의미하므로 이 세 요소를 조합하면 FA-D가 된다.

• FB-D는 후유화성(기름베이스) 제거방법을 쓰는 경우의 기호다.
• FA-S는 건식이 아니라 속건식현상법을 쓰는 경우의 기호다.
• FB-S는 후유화성과 속건식현상을 동시에 쓰는 경우의 기호다.

수세성 염색침투탐상시험에서 습식현상제를 쓸 때 순서는 전처리 → 침투처리 → 세척처리 → 현상처리 → 건조처리 → 관찰이다.

습식현상제는 물에 현상 분말을 풀어 쓰는 것이라 세척 후 시험체에 적셔 도포한 뒤 건조를 거쳐야 지시모양이 뚜렷해진다. 그래서 건식·속건식과 달리 현상이 건조보다 앞선다.

• 제거 처리 뒤 건조를 먼저 하고 현상하는 순서는 건식 현상법을 쓸 때의 절차다.
• 유화처리가 들어간 순서는 후유화성 침투액을 쓸 때의 절차로 수세성에는 해당하지 않는다.
• 전처리 다음에 세척이 먼저 오는 순서는 침투 전에 씻어내는 셈이 되어 절차가 성립하지 않는다.

기포누설검사의 특징은 누설 위치를 빠르게 판별할 수 있다는 점이다.

발포액이나 수조에 담긴 시험체에서 기포가 발생하는 지점을 눈으로 직접 확인할 수 있어 결함 위치를 즉시 알 수 있다.

• 장비가 비교적 간단하고 안정적이어서 경제성과 안전성이 모두 양호한 편이다.
• 특별한 숙련이나 고도의 경험을 크게 요구하지 않는 비교적 단순한 검사법이다.
• 프로브나 스니퍼 같은 전용 탐지장비 없이도 육안 관찰만으로 검사할 수 있다.

요구되는 자화전류는 1500A이다.

그림에서 주어진 값은 봉의 길이와 외경의 비 $\dfrac{L}{D} = 3$ 이고, 코일의 감은 수는 $N = 10$ 회이다.

충전율이 낮은 코일법의 요구 전류는 $I = \dfrac{45000}{N \times \dfrac{L}{D}}$ 로 구하므로, 대입하면 $I = \dfrac{45000}{10 \times 3} = 1500$A 가 된다.

이 식은 요구 전류가 감은 수와 L/D 의 곱에 반비례한다는 뜻이어서, 코일을 더 감거나 봉이 가늘고 길수록 더 작은 전류로도 충분히 자화된다.

결함의 형상을 판별하는 데는 UT보다 오히려 RT(방사선투과시험)가 더 유리하므로 해당 설명은 틀린 내용이다.

RT는 투과 영상으로 결함의 2차원 형상을 직접 확인할 수 있는 반면, UT는 반사파의 크기와 시간차로 판단하기 때문에 형상보다는 위치·깊이 정보 파악에 강점이 있다.

• 체적(내부) 결함 검출에 RT가 유리하다는 설명은 맞는 내용이다.
• 결함 위치 판정에 UT가 유리하다는 설명도 맞는 내용이다.
• 결함 길이 판정에 RT가 유리하다는 설명도 맞는 내용이다.

누설을 통한 기체 흐름에 영향을 주지 않는 인자는 기체의 색이다.

기체의 흐름량은 분자량·점도·압력차 등 물리적 성질에 좌우되며, 색은 시각적 식별을 돕는 요소일 뿐 흐름 자체와는 무관하다.

• 기체의 분자량은 확산·유동 특성에 직접 영향을 준다.
• 기체의 점도는 흐름 저항을 결정하는 요소다.
• 압력의 차이는 누설 유량을 발생시키는 구동력이다.

초음파탐상시험은 시험체의 내부 조직 상태에 큰 영향을 받는 검사법이므로 "영향이 작다"는 설명은 틀린 내용이다.

결정립이 조대하거나 개재물이 많은 재료에서는 초음파가 산란·감쇠되어 결함 신호 판독이 어려워지므로 재질·조직의 영향을 크게 받는다.

• 펄스반사법이 널리 쓰인다는 설명은 맞는 내용이다.
• 탐촉자 근처에 불감대가 존재한다는 설명도 맞는 내용이다.
• 미세균열에 대한 감도가 높다는 설명도 맞는 내용이다.

전자기 유도 원리를 이용하는 비파괴검사법은 와전류탐상시험이다.

코일에 교류 전류를 흘려 시험체에 와전류를 유도하고, 결함에 의한 와전류 변화를 임피던스 변화로 검출하는 방식이다.

• 침투탐상시험은 모세관 현상을 이용하는 검사법이다.
• 방사선투과시험은 방사선의 투과·흡수 차이를 이용한다.
• 초음파탐상시험은 초음파의 반사·전파 특성을 이용한다.

초음파탐상시험에서 송·수신 방식에 따른 분류에 해당하지 않는 것은 경사각법이다.

경사각법(사각법)은 초음파를 시험체 표면에 비스듬히 입사시키는 방식으로, 수직법과 함께 초음파의 입사 각도에 따른 분류에 속한다. 펄스를 어떻게 주고받는지를 기준으로 삼는 송·수신 방식 분류와는 기준 자체가 다르다.

• 반사법은 송신한 펄스가 결함이나 바닥면에서 반사되어 돌아오는 신호를 이용한다.
• 투과법은 송신부와 수신부를 시험체 양쪽에 두고 투과된 신호를 이용한다.
• 공진법은 시험체에 연속파를 넣어 공진이 일어나는 주파수로 두께 등을 측정한다.

자분탐상시험으로는 시험체 두께 방향의 결함 높이나 형상에 관한 정보를 얻을 수 없다.

자분탐상은 표면 및 표면 직하의 자속 누설을 이용해 결함의 존재와 대략적 위치를 찾는 검사법으로, 결함의 깊이 방향 크기나 단면 형상까지는 판별하지 못한다.

• 시험체가 강자성체가 아니면 적용할 수 없다는 설명은 맞는 내용이다.
• 자속이 결함면에 수직이 되도록 자화해야 한다는 설명도 맞는 내용이다.
• 깊은 위치의 결함 검출이 곤란하다는 설명도 맞는 내용이다.

관용도(latitude)가 큰 필름을 사용하면 콘트라스트가 낮아진다.

관용도는 필름이 넓은 노출량 범위를 하나의 농도 구간에 담아내는 능력으로, 이 범위가 넓어질수록 부위별 농도차가 완만해져 대비(콘트라스트)는 오히려 감소한다.

• 관전압은 필름의 관용도와 직접적인 인과관계로 오르내리는 값이 아니다.
• 콘트라스트가 높아진다는 설명은 관용도가 큰 필름의 특성과 반대된다.

와전류탐상시험의 외삽 코일과 같은 의미로 쓰이는 것은 관통 코일이다.

외삽 코일은 시험체를 코일 안쪽에 넣어 감싸는 형태로 배치하는 코일로, 봉재나 선재 전체를 통과시키며 검사하는 관통 코일(encircling coil)과 같은 방식을 가리킨다.

• 내삽 코일은 반대로 코일을 관이나 구멍 내부에 삽입하는 방식이다.
• 표면 코일은 평면이나 국부 표면에 접촉시켜 사용하는 코일이다.
• 프로브 코일은 소형 탐촉형 코일로 국부 검사에 쓰인다.

두 핵종의 관계는 동위원소이다.

그림의 두 기호는 원소기호 H 의 왼쪽 위에 질량수, 왼쪽 아래에 원자번호를 적은 ${}^{1}_{1}\mathrm{H}$ 와 ${}^{2}_{1}\mathrm{H}$ 로, 원자번호(양성자 수)는 1 로 같고 질량수만 1 과 2 로 다르다.

질량수는 양성자 수와 중성자 수의 합이므로 중성자가 각각 0개와 1개로 달라진 것이며, 이처럼 원자번호가 같고 질량수가 다른 핵종을 동위원소라 한다.

• 동중핵: 질량수가 같고 원자번호가 다른 핵종인데, 여기서는 질량수가 1 과 2 로 다르다
• 동중성자핵: 중성자 수가 같아야 하지만 이 둘은 중성자가 0개와 1개다
• 핵이성체: 양성자·중성자 수가 모두 같고 에너지 상태만 다른 관계여서 해당하지 않는다

속건식 현상법은 현상액 자체의 휘발성 용매가 스스로 증발하므로 현상 후 별도의 건조 처리가 반드시 필요한 것은 아니다.

속건식 현상제는 휘발성 용매에 현상제 분말을 녹이거나 분산시킨 것으로, 시험체에 뿌리면 용매가 빠르게 증발하며 도막을 형성해 곧바로 관찰이 가능하다.

• 검출감도가 비교적 높다는 설명은 맞는 특징이다.
• 현상제가 도막을 형성한다는 설명도 맞는 특징이다.
• 휘발성 용매를 사용한다는 설명도 맞는 특징이다.

단조품에서 발생할 수 있는 침투탐상 대상 결함은 겹침(포징랩)이다.

겹침은 단조 과정에서 금속이 접혀 포개지면서 표면에 열린 균열 형태로 남는 결함으로, 표면에 개구되어 있어 침투탐상으로 검출할 수 있다.

• 탕계는 용탕끼리 완전히 융합되지 못해 생기는 주조 결함이다.
• 블로홀은 응고 중 가스가 갇혀 생기는 주조 결함이다.
• 수축공은 응고 수축으로 내부에 빈 공간이 생기는 주조 결함이다.

침투제는 휘발성이 낮아야 시험 중 마르지 않고 결함 속에 오래 머무를 수 있으므로, "휘발성이 좋아야 한다"는 침투제의 특징이 아니다.

휘발성이 크면 침투 과정 중 침투액이 쉽게 증발해 미세한 결함까지 스며들기 전에 말라버려 검출 감도가 떨어진다.

• 침투력이 좋아야 한다는 설명은 맞는 특징이다.
• 큰 개구에도 잔류할 수 있어야 한다는 설명도 맞는 특징이다.
• 과잉침투액이 쉽게 제거되어야 한다는 설명도 맞는 특징이다.

습식현상제를 사용한 뒤에는 건조기가 가장 필요하다.

수현탁성·수용성 습식현상제는 물을 매개로 도포되므로, 지시모양이 선명하게 나타나려면 도포 후 반드시 건조 과정을 거쳐야 한다.

• 현상탱크는 습식현상제를 담아 도포하는 설비로 현상 단계에서 이미 쓰인다.
• 세척탱크는 잉여 침투액을 씻어내는 앞 단계에서 쓰이는 설비다.
• 침투탱크는 시험 초기에 침투액을 적용할 때 쓰이는 설비다.

시험 온도(16℃) 부근에서 침투액의 상대밀도는 0.86~1.06 범위, 즉 물과 크게 다르지 않은 범위에 든다.

침투액은 기유(base oil)에 각종 첨가제를 섞은 액체로, 비중이 물보다 크게 벗어나지 않는 범위에서 관리되어야 침투성과 세척성의 균형이 유지된다.

유화제의 핵심 기능은 시험체 표면에 남은 잉여 침투액을 물로 씻어낼 수 있도록 수세성을 부여하는 것이다.

유화제는 후유화성 침투액과 반응해 계면 성질을 바꾸며, 그 결과 잉여 침투액이 물에 씻겨 나가기 쉬운 상태로 전환된다.

• 침투액 자체의 침투 능력을 돕는 것은 유화제가 아니라 침투액 자체의 물성이다.
• 얕은 개구의 침투액까지 빨아내는 기능은 유화제의 역할이 아니라 과도한 유화 시 감도를 떨어뜨리는 부작용이다.
• 현상제 도포를 돕는 기능은 유화제가 아니라 현상 공정 자체와 관련된다.

자외선 조사강도가 시험체 표면에서 800μW/cm² 이상이어야 형광지시를 뚜렷하게 관찰할 수 있으므로, 이 기준에 못 미치는 조사강도가 부적절하다.

자외선등 전면 필터에서 38cm 떨어진 위치의 강도가 낮으면 형광 발광이 약해져 미세한 결함 지시를 암실에서도 놓치기 쉽다.

800μW/cm² 이상인 값들은 모두 관찰 기준을 만족하지만, 그보다 낮은 값은 결함 식별에 충분한 밝기를 내지 못해 부적절로 분류된다.

현상제의 역할은 결함 속 침투액을 표면으로 흡출시켜 지시를 넓혀 가시성을 높이는 것이며, 의사지시 발생을 억제하는 기능과는 관계가 없다.

현상제는 미세한 틈에 남은 침투액을 모세관 작용으로 끌어올려 지시를 확대·분산시킴으로써 눈에 잘 띄게 만든다.

반면 의사지시를 막는 것은 전처리 단계에서 표면 이물질을 제거하는 공정이 맡는 역할이지, 현상제를 바른다고 얻어지는 효과는 아니다.

전처리는 표면 이물질을 제거해 결함과 배경의 식별력을 높이고 침투제가 이물질과 반응해 생기는 의사지시를 막기 위한 공정이지, 도금·코팅·페인트층을 뚫고 들어가게 하려는 목적이 아니다.

침투탐상은 표면에 열려 있는 결함만 검출하는 시험이므로, 침투제가 도막을 투과해 내부 결함을 찾아준다는 설명은 원리 자체와 맞지 않는다.

전처리가 필요한 실제 이유는 다음과 같다.

• 결함과 주위 배경을 뚜렷이 구분되게 한다.
• 침투제가 이물질과 반응해 생기는 의사지시를 방지한다.
• 침투제가 표면을 충분히 적셔 결함 속까지 잘 스며들게 한다.

표면이 거칠고 기공이 많은 다공질 재료는 침투액이 기공 속으로 스며들어 배경 전체가 지시처럼 나타나므로 침투탐상으로 검사하기 어렵다.

침투탐상은 표면에 열린 미세 균열을 모세관 현상으로 검출하는 시험이라, 치밀한 금속 표면일수록 적용이 쉽다.

• 구리는 비다공질 금속으로 표면 결함 탐상에 적합하다.
• 알루미늄도 치밀한 표면을 가져 침투탐상에 널리 쓰인다.
• 탄소강 역시 비다공질 금속이라 침투탐상 적용에 문제가 없다.

따라서 다공질인 세라믹스가 침투탐상에 부적합한 재료로 꼽힌다.

침투탐상은 검사체 표면에 직접 접근해 관찰할 수 있어야 하므로, 한쪽 면만 접근·관찰이 가능한 구조에서는 반대쪽으로 새는지를 확인하는 누설시험의 기능을 대신할 수 없다.

누설시험은 압력 차를 이용해 관통 결함 여부를 양면에서 확인하는 시험인 반면, 침투탐상은 접근 가능한 한쪽 표면에 열린 결함만 검출하므로 두 시험의 목적이 근본적으로 다르다.

정전분무는 넓은 면적에 균일하게 도포하기 위한 방식이라, 소형이거나 좁은 면적의 시험체 적용에 특히 적합하다는 설명은 실제와 거리가 멀다.

정전기를 이용해 침투액 입자를 시험체 표면으로 끌어당기므로 과잉 분무 없이 고속으로 균일하게 도포할 수 있어 대면적 작업에 경제적이다.

• 고속 분무가 가능하다는 점은 정전분무의 실제 장점이다.
• 과잉 분무가 되지 않는다는 점도 정전분무의 특징이다.
• 필요한 최소량만 균일하게 도포해 경제적이라는 점 역시 맞는 설명이다.

소형 부품을 대량으로 세척할 때는 초음파 세척장치가 좁은 틈이나 복잡한 형상 구석까지 진동으로 오염물을 떼어내 가장 효과적이다.

초음파 세척은 세척액 속에서 발생하는 미세 기포의 진동 에너지로 부품 표면과 틈새의 이물질을 짧은 시간에 균일하게 제거한다.

• 증기 세척은 표면 기름때 제거에는 쓰이지만 대량의 소형 부품 세척에는 초음파만큼 효과적이지 않다.
• 저압 유수 세척은 단순 헹굼 수준으로 미세한 틈새 오염물까지 제거하기 어렵다.
• 모래분사는 표면을 거칠게 만들 수 있어 정밀 세척보다는 스케일 제거에 쓰인다.

겉모양검사에서 침투액과 유화제 모두 현저한 흐림이나 침전물이 생기면 성능이 변질된 것으로 보고 공통적으로 폐기한다.

액체가 탁해지거나 바닥에 가라앉는 침전물이 보이면 성분이 분리되거나 오염된 것이므로, 더 이상 균일한 성능을 기대할 수 없어 교체가 필요하다.

KS W 0914 기준에서 침투탐상 검사는 공정중 검사·최종검사·정비검사에 적용되며, 원소재 단계의 소재 검사는 적용 대상에서 제외된다.

침투탐상은 가공이 진행되어 표면이 형성된 부품이나 조립품의 표면 결함을 찾는 시험이라, 아직 성형되지 않은 소재 자체를 대상으로 하는 검사와는 성격이 다르다.

KS W 0914의 검사기록에는 사용한 순서서의 인용, 결함 지시 무늬의 위치·종류·조치, 검사원의 서명과 기량 인정 레벨·검사일이 최소한 포함되어야 하며, 의뢰처나 검사 장소는 이 최소 기록 항목에 해당하지 않는다.

기록은 검사 과정을 재현하고 결과를 추적할 수 있도록 절차·결함 정보·검사자 자격을 남기는 데 초점이 있어, 일반 행정 정보인 의뢰처·장소까지 규정된 최소 항목으로 요구하지는 않는다.

KS W 0914에서 타입II(염색침투탐상용) 조명장치의 조도는 시험편 표면에서 1000 lx 이상으로 규정되어, 백색광 아래에서 육안으로 지시를 충분히 식별할 수 있게 한다.

염색침투탐상은 형광이 아닌 가시광 아래 색 대비로 지시를 판별하므로, 자외선을 이용하는 형광침투탐상의 어두운 관찰 조건과 달리 밝은 조명이 확보되어야 한다.

KS B 0816이 규정하는 전처리 방법에 그라인딩(연삭)에 의한 제거 처리는 포함되지 않는데, 기계적 연삭은 표면을 문질러 결함 입구를 막거나 지워버릴 위험이 있기 때문이다.

표준 전처리는 용제 세척, 도막박리제에 의한 제거, 산 세척처럼 결함을 손상시키지 않고 이물질만 제거하는 화학적·비접촉적 방법을 원칙으로 한다.

• 용제에 의한 세척은 인정된 전처리 방법이다.
• 도막박리제에 의한 제거 처리도 표준 전처리 방법에 속한다.
• 산 세척 역시 인정된 전처리 방법 중 하나다.

정치식 형광침투탐상 장치(타입I)를 쓰는 검사 장소는 주 1회 점검하여 청정도와 형광 오염 여부를 확인해야 한다.

검사장소에 형광 오염이나 잔류 백색광이 남아 있으면 미세한 지시의 발광이 배경 빛에 묻혀 판별을 그르칠 수 있으므로, 정기적인 청결 점검이 필요하다.

이 점검은 매일이 아니라 정해진 주기(주 1회)로 수행하도록 규정되어 있다.

형광침투탐상 관찰을 위한 자외선 강도는 시험체 표면에서 800μW/cm² 이상으로 규정되어 있다.

이는 암실에서 자외선등으로 결함 지시를 충분히 밝게 발광시켜 육안으로 놓치지 않고 식별하도록 정한 최소 기준이다.

동일한 검사면에서는 염색침투탐상을 형광침투탐상보다 먼저 하면 안 되는 것이 원칙이므로, 형광침투탐상이 염색침투탐상 전에는 쓰일 수 없다는 설명은 순서가 뒤바뀐 틀린 내용이다.

염색액의 색소가 표면에 먼저 남으면 뒤이어 하는 형광침투탐상의 발광 지시를 가리거나 오염시킬 수 있어, 형광침투탐상을 먼저 수행한 뒤 필요하면 염색침투탐상을 적용하는 순서를 지켜야 한다.

표준 온도보다 낮은 3~15℃ 범위에서는 침투액의 유동성이 떨어지므로 침투 시간을 늘여 결함 속까지 충분히 스며들게 해야 한다.

온도가 낮아지면 침투액의 점도가 높아지고 모세관 작용 속도가 느려지므로, 표준 시간을 그대로 적용하면 얕은 결함을 놓칠 수 있어 온도에 따라 침투 시간을 조정하는 것이 원칙이다.

길이 3mm인 둥근 지시와 10mm 균열 지시가 같은 직선상에 2mm 이하의 간격으로 붙어 있으므로 이는 서로 다른 개별 결함이 아니라 연속 결함으로 분류된다.

KS B 0816에서는 거의 동일한 직선상에 짧은 간격을 두고 이어진 지시들을 하나의 연속된 결함으로 묶어 평가하도록 규정한다.

기호 DFC-N은 이원성 형광침투액에 용제제거성 제거방법, 그리고 무현상법을 조합한 시험방법을 뜻한다.

앞의 D는 이원성(형광·염색 겸용), F는 형광 특성을 나타내고, C는 용제로 닦아내는 제거방법, 마지막 N은 별도의 현상제를 도포하지 않는 무현상법을 의미한다.

거의 같은 직선 위의 두 지시 사이 간격이 2mm 이하이므로 하나의 연속된 지시로 판정하며, 결함 길이는 7mm이다.

그림에는 길이 3mm인 결함 둘이 같은 선상에 놓이고 그 사이 간격이 1mm로 기입되어 있다. KS B 0816은 거의 동일 직선상에 있고 간격이 2mm 이하인 지시모양을 연속된 하나로 보며, 이때 길이는 개개 지시 길이의 합에 사이 간격을 더한 값으로 구한다.

$3 + 1 + 3 = 7$ 이므로 결함 길이는 7mm가 된다.

• 간격이 1mm로 2mm 이하이므로 3mm짜리 둘로 따로 세지 않는다.
• 사이 간격을 빼고 3과 3만 더한 6mm는 연속 지시의 길이 산정 방식과 맞지 않는다.
• 간격 부분까지 별개 결함으로 세어 셋으로 나누는 것도 규정에 없다.

VD-S는 염색침투액에 후유화성(물베이스) 제거방법을 쓰는 조합이므로, 유화 전에 반드시 예비세척 공정을 거쳐야 한다.

후유화성(물베이스) 방식은 먼저 물로 가볍게 헹궈 여분의 침투액을 덜어낸 뒤 유화제를 적용해야 하므로, 전처리-침투처리-예비세척처리-유화처리-세척처리-건조처리-현상처리-관찰-후처리 순서를 따른다.

속건식현상(S)은 용매가 자연히 증발하므로 현상 뒤에 별도의 건조 공정을 추가하지 않는다.

KS W 0914에서 검사품 표시방법은 각인-에칭-착색 순으로 우선순위를 두어 선택한다.

영구적이고 지워지지 않는 표시가 우선되며, 각인이 제품 특성상 곤란한 경우에 한해 에칭을, 그마저 어려우면 착색 표시로 대신하는 방식으로 규정되어 있다.

표시기호 VC-D는 염색침투액(V)에 용제제거성(C)과 건식현상법(D)을 묶은 것인데, 건식현상법은 형광침투액 계열에만 짝지어 쓰는 현상방법이라 염색침투액과의 이 조합은 시험방법 분류에 존재하지 않는다.

건식현상제는 흰 분말이 얇게 묻는 정도여서 염색 지시에 필요한 색 대비를 만들어 주지 못하고, 용제로 닦아낸 면에는 용제에 현탁시킨 속건식현상제를 엷게 도포하는 쪽을 쓴다.

• DVA-W는 이원성 염색침투액·수세성 제거·수현탁성 습식현상법의 조합으로 성립한다.
• FB-A는 형광침투액·후유화성(기름베이스)·수용성 습식현상법의 조합이다.
• VB-S는 염색침투액·후유화성(기름베이스)·속건식현상법의 조합이다.

비정질 합금 제조법 가운데 기체 급랭법에 해당하는 것은 스퍼터링법으로, 진공증착·화학증착과 함께 기체 상태의 원자를 차가운 기판에 빠르게 쌓아 결정이 자랄 틈을 주지 않는 방식이다.

나머지는 모두 녹인 금속을 급속히 식히는 액체 급랭법 계열이어서 제조 원리 자체가 다르다.

• 단롤법은 회전하는 롤 위에 용탕을 흘려 급랭시키는 액체 급랭법이다.
• 원심법은 회전체의 원심력으로 용탕을 얇게 퍼뜨려 급랭시키는 액체 급랭법이다.
• 스프레이법은 용탕을 분무해 급랭시키는 액체 급랭법이다.

압력이 일정한 Fe-C 상태도의 공정점은 액상과 두 고상이 함께 존재하는 3상 평형점이라, 이 조건에서 자유도는 0이 된다.

성분수 2(Fe, C)와 상수 3을 깁스의 상률에 대입하면 $F = C - P + 1 = 2 - 3 + 1 = 0$으로 계산되며, 압력이 고정된 상태이므로 나머지 변수인 온도와 조성이 모두 고정되어 자유도가 남지 않는다.

두 가지 이상의 금속이나 원소가 간단한 정수비로 결합해 원래 성분과는 다른 성질을 갖는 물질을 금속간화합물이라 한다.

이는 성분 원자들이 임의 비율로 섞이는 고용체와 달리 일정한 화학양론 비율로 결합해 독자적인 결정 구조와 성질을 가진다.

결정립계·전위·편석 같은 결정 결함이 없고 원자 배열이 불규칙하며 표면이 균일해 내식성이 우수한 합금은 비정질 합금이다.

일반 결정질 금속과 달리 규칙적인 결정격자를 갖지 않는 구조라, 결정 결함을 따라 진행되는 부식이나 균열의 경로 자체가 존재하지 않는다.

7-3황동에 주석을 약 1% 넣어 전연성과 내식성을 높인 합금으로, 관이나 판으로 가공해 증발기·열교환기에 쓰이는 재료는 애드미럴티 황동이다.

주석이 더해지면 내해수성이 좋아져 물과 습기에 계속 닿는 열교환 설비 재료로 적합해진다.

• 양은은 황동에 니켈을 더한 구리·니켈·아연 합금으로 식기·장식품에 쓰인다.
• 델타 메탈은 6-4황동에 철을 넣어 강도와 내식성을 높인 합금이다.
• 네이벌 황동은 같은 주석 첨가라도 6-4황동을 바탕으로 해 7-3황동 바탕인 애드미럴티 황동과 구별된다.

탄소함유량 0.8~2.0%인 강은 공석점(0.8%C)을 넘어서는 조직이라 과공석강으로 분류된다.

탄소량이 0.8%를 넘으면 초석 시멘타이트가 나타나기 시작하며, 2.0%를 넘어서면 주철 영역으로 구분되므로 0.8~2.0% 구간이 과공석강에 해당한다.

금형이나 칠 메탈을 붙인 모래형에 쇳물을 부어 표면만 급랭시켜 단단하게 만들고 내부는 회주철로 남겨 강인함을 유지하는 주철을 칠드 주철이라 한다.

표면은 급랭으로 시멘타이트가 생겨 내마모성이 뛰어난 경화층을 이루고, 서서히 식는 내부는 연성이 남은 회주철 조직을 유지해 충격에 강하다.

부식성 물질이 녹아 있는 수용액에 노출되면 표면이나 내부에서 아연 성분만 선택적으로 빠져나가는 탈아연 부식이 일어나는 재료는 황동이다.

구리와 아연의 합금인 황동은 부식 환경에서 아연이 먼저 용출되고 다공질의 구리만 남는 특유의 손상을 겪는다.

탄성률이 우수해 스프링 등 고탄성이 필요한 통신기기·계기 부품에 쓰이는 구리 합금은 인청동이다.

구리에 주석과 소량의 인을 더해 탄성한도와 내마모성을 높인 합금으로, 얇은 판이나 선 형태로 가공해도 반복 굽힘에 잘 견딘다.

대표적인 시효경화성 합금은 두랄루민으로, 알루미늄에 구리·마그네슘 등을 첨가해 상온에 방치하는 것만으로 강도가 점차 높아지는 특성을 가진다.

급랭 후 과포화 고용체 상태에서 시간이 지나며 미세한 석출물이 생겨 경도와 강도가 시간에 따라 증가하는 것이 시효경화의 핵심 원리다.

기지조직이 거의 페라이트로만 이루어진 것은 탄소가 거의 들어 있지 않은 순철이다.

페라이트는 탄소를 고용할 수 있는 양이 매우 적은 조직이어서, 탄소나 합금원소가 늘어날수록 펄라이트·오스테나이트 같은 다른 조직이 함께 나타난다.

• 스프링강은 탄소량이 많아 펄라이트나 열처리로 얻은 조직이 기지를 이룬다.
• 고망간강은 망간을 다량 넣어 상온에서도 오스테나이트 조직을 유지한다.
• 공구강은 고탄소강이라 펄라이트와 시멘타이트, 담금질 후에는 마르텐사이트가 나타난다.

W, Ta, Mo는 용융점이 매우 높은 고융점 금속이지만, Zn(아연)은 용융점이 약 420℃로 낮아 고융점 금속에 속하지 않는다.

텅스텐·탄탈럼·몰리브덴은 수천 도에 이르는 극한 열환경 부품에 쓰이는 반면, 아연은 다이캐스팅이나 도금처럼 비교적 낮은 온도에서 가공되는 금속이다.

냉간가공도가 커지면 가공경화가 진행되어 경도와 인장강도는 올라가지만 연신율은 오히려 줄어들므로, 연신율이 커진다는 설명이 틀렸다.

가공으로 전위가 쌓이면 변형에 대한 저항이 커지는 대신 재료가 더 늘어날 여력을 잃어 연성 관련 값은 함께 낮아진다.

• 경도가 커진다는 것은 가공경화로 나타나는 맞는 변화다.
• 인장강도가 커진다는 것도 냉간가공의 대표적인 효과다.
• 단면수축률이 감소한다는 것 역시 연성 저하로 설명되는 맞는 변화다.

피아노 선재나 레일처럼 높은 강도가 필요한 곳에 쓰이는 최경강은 탄소함량이 0.50~0.70%C 범위에 해당한다.

탄소함량 구간별로 극연강·연강·반경강·경강·최경강 순으로 강도가 높아지며, 최경강은 이 가운데 가장 높은 탄소량을 가져 강도와 경도가 가장 크다.

슈퍼인바(super invar)는 Ni 30~32%, Co 4~6%, 나머지가 Fe인 불변강으로 20℃ 부근에서 열팽창계수가 0에 가까운 특성을 가진다.

Fe-Ni계 인바 합금에 Co를 더하면 자기변태에 따른 팽창 상쇄 효과가 커져 일반 인바보다도 팽창계수가 낮아지며, 정밀 계측기나 표준척처럼 치수 안정성이 중요한 부품에 쓰인다.

• 알민은 Al에 소량의 Mn을 넣은 내식성 알루미늄 합금이다.
• 알드리는 Al-Mg-Si계 전선용 알루미늄 합금이다.
• 알클래드는 두랄루민 표면에 순알루미늄을 입힌 클래드재이다.

테르밋용접은 알루미늄 분말과 산화철 분말의 화학반응열(테르밋 반응)로 생기는 고온 용융철을 이용하는 용접법으로, 철도레일의 맞대기 용접에 널리 쓰인다.

알루미늄이 산화철의 산소를 빼앗으며 환원반응을 일으켜 순간적으로 2000℃ 이상의 고온이 발생하고, 이때 녹은 금속을 이음부에 부어 접합한다.

• TIG 용접은 불활성가스 분위기에서 텅스텐 전극으로 아크를 발생시키는 용접법이다.
• 탄산가스 아크 용접은 CO2 가스를 보호가스로 쓰는 용극식 용접법이다.
• 일렉트로 슬래그 용접은 용융 슬래그의 저항열을 이용하는 수직 자동 용접법이다.

허용사용률은 약 71%로, 정격전류보다 낮은 전류로 사용할수록 아크용접기를 더 오래 사용할 수 있다는 원리에 따른 결과이다.

$\text{허용사용률} = \left(\dfrac{\text{정격 2차 전류}}{\text{실제 용접 전류}}\right)^2 \times \text{정격 사용률}$에 값을 대입한다.

$\left(\dfrac{200}{150}\right)^2 \times 40 = 1.78 \times 40 \approx 71\%$이므로 실제 전류가 정격보다 작을수록 허용사용률은 커진다.

아크 용접법 중 불활성가스 텅스텐 아크 용접(TIG)은 전극이 녹지 않는 비용극식(비소모식) 용접법이다.

TIG는 텅스텐 전극이 아크만 발생시키고 별도의 용가재를 넣어 접합하므로 전극 자체는 소모되지 않는다.

• 피복 아크 용접법은 피복 용접봉 자체가 녹아 용착금속이 되는 용극식이다.
• 서브머지드 아크 용접법은 와이어 전극이 연속으로 녹아 들어가는 용극식 자동용접이다.
• 이산화탄소 시일드 아크 용접법은 와이어 전극이 녹으며 CO2로 보호되는 용극식 용접이다.