[금속재료시험기능사 필기] 16년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

Ni-Cr 합금 중 내열성과 내식성이 우수하여 석유화학, 약품, 식품 공업용 고온 장치에 사용되는 합금은 인코넬(Inconel)이다.
인코넬은 니켈 70~80%, 크롬 15~22% 함유한 오스테나이트 니켈 합금으로, 600°C 이상의 고온에서도 우수한 강도와 내산화성을 유지하며 화학적 부식에 강하다.
인바: Fe-Ni 합금으로 열팽창 계수 제어용이다.
엘린바: 인바에 Co를 추가한 합금이다.
플래티나이트: Fe-Ni-Co 합금이다.
이들은 모두 내열·내식성 용도가 아니다.

Mo(몰리브덴)는 녹는점이 2,623°C로 매우 높아 오히려 고온 내열 재료나 내화물로 사용되며, 저융점 합금의 구성 원소가 아니다.
저융점 합금(низкотемпературная сплав, low melting point alloy)은 일반적으로 녹는점이 낮은 금속들을 혼합하여 만든다. Pb(납, 327°C), Bi(비스무스, 272°C), Sn(주석, 232°C)은 모두 상대적으로 낮은 녹는점을 가지며 우드합금, 로즈합금 등 저융점 합금의 주요 구성 원소로 널리 사용된다.

냉간가공과 열간가공을 구별하는 기준은 재결정온도이다. 재결정온도 이상에서 가공하면 열간가공이고, 재결정온도 이하에서 가공하면 냉간가공이다.
재결정온도에서는 가공으로 손상된 결정입자가 새로운 작은 입자로 재조직화되어 재료의 경도가 저하되고 연성이 회복되므로, 이를 기준으로 두 가공법이 명확히 구분된다.
변태점: 금속의 결정구조 변화 온도이다.
탄성한도: 응력-변형 관계의 기준이다.
마무리온도: 열간가공의 완료 시점일 뿐이다.
이들은 두 가공법을 구분하는 기준이 아니다.

포정점은 약 1495℃(약 0.17%C)로, 흔히 약 1490℃로 표기하므로 옳은 설명이다. 공정점의 탄소량은 0.80%가 아니라 4.3%(1148℃)이다. A0는 철이 아니라 시멘타이트의 자기변태점(약 210℃)이며, 철의 자기변태점은 A2(768℃)다. 공석점에서는 레데뷰라이트가 아니라 펄라이트가 석출된다.

형상기억합금의 대표적인 실용합금은 니켈-티타늄(Ni-Ti) 합금으로, 형상기억효과와 초탄성 특성이 우수하다. Fe-C, Cu-Pd, Pb-Sb 합금은 대표적인 형상기억합금 조성이 아니다.

의약품·식품 포장 튜브에 사용되는 금속은 독성이 없어야 하는데, Sn(주석)은 독성이 없고 식품 접촉 재료로 승인된 금속이다. 주석은 우수한 탈색 효과(bleaching effect)를 가져 튜브 내용물의 변색을 방지하며, 비중이 약 7.31로 문제의 조건과 정확히 일치한다. Zn(비중 7.14)도 비중이 유사하지만 산화 시 흰색 산화물이 생겨 탈색 효과가 떨어지고, Mn(비중 7.44)과 Pt(비중 21.45)는 비중 조건을 맞추지 못한다.

고속도강은 500~600℃로 가열해도 뜨임에 의한 연화가 적고, 고온에서 경도 유지력이 우수한 절삭 공구강이다. 대표적인 기본 조성은 18% W, 4% Cr, 1% V, 0.8~1.5% C이므로 제시된 조건에 해당한다.

구상화(nodulization)란 선철 내의 흑연을 구상(spheroid) 형태로 변환하는 공정으로, 마그네슘(Mg)을 주입 전 첨가제로 사용한다.
마그네슘은 흑연의 결정 성장을 제어하여 층상 구조(flake graphite)를 구상 구조(nodular graphite)로 변환시키는 특성을 가지고 있다.
Cs와 Cr: 합금원소로 기계적 성질 개선에는 사용되지만 구상화제가 아니다.
Na₂CO₃: 선철 제조에서 불순물 제거 목적으로 사용되어 구상화와 무관하다.

스프링강의 담금질 온도와 냉각 방법에 관한 문제다. 스프링강은 800~900℃에서 담금질하며 유냉(油冷)이 표준이다. '1100~1200℃에서 수냉'은 스프링강의 담금질 온도 범위를 초과하고 과도하게 높으며, 수냉은 담금질 변형과 균열 위험이 크므로 적절하지 않다.
탄성 한도가 높고 충격 및 피로에 대한 저항이 커야 한다: 스프링강의 기본 요구 특성으로 정확하다.
경도 HB 340 이상과 소르바이트 조직: 스프링강의 열처리 결과로 올바르다.
탄소함량 범위(판스프링 0.65~0.85%, 코일스프링 0.85~1.05%): 표준 분류와 일치한다.

두랄루민은 알루미늄을 주성분으로 하며, 주요 합금 원소로 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 망간(Mn)을 포함하는 Al-Cu-Mg-Mn계 합금이다.

SF 340 A는 SF(단강품) 340 A를 의미하며, 탄소강 단강품을 나타낸다. KS 규격에서 강재 표시 방식은 첫 글자가 강종(탄소강 S), 두 번째 글자가 제품 형태를 나타내는데, F는 단강품(Forging)을 의미한다. 340은 최소 인장강도(MPa) 기준, A는 품질 등급을 나타낸다.

물체 표면의 특수처리 범위(예: 열처리, 도금, 표면경화 등)를 나타내는 선은 굵은 일점 쇄선으로, 외형선에 평행하게 약간 띄어서 그린다. 이는 KS 기계제도 규정에서 정한 표준 선의 종류로, 굵기는 외형선과 같고 패턴은 일점 쇄선(— · —)이며 반드시 굵은 선으로 표현한다. 가는 일점 쇄선은 중심선 표시에 사용되고, 가는 이점 쇄선은 이전 외형선이나 숨은 모서리 표시에 사용되므로 구별된다.

척도 1:2는 도면상의 크기가 실제 크기의 1/2임을 의미한다. 즉, 도면에 그려진 길이는 실제 길이의 절반이지만, 도면에 기입하는 치수는 항상 실제 크기를 표기해야 한다. 이는 기계제도 표준에서 척도에 관계없이 도면에 기입된 치수값은 완성품의 실제 크기를 나타내야 하기 때문이다. 따라서 실제 축의 길이가 20mm이므로 도면에 기입하는 길이는 20mm이다.

도면에서 대상물의 구멍, 홈 등 일부분의 모양만을 도시하는 것으로 충분한 경우, 그 필요 부분만을 나타내고 나머지는 생략하여 화살표와 문자기호로 대응 관계를 표시하는 방법을 부분 투상도라 한다. 그림의 A 부분처럼 전체를 그리지 않고 필요한 일부만 잘라서 표시한 것이 이에 해당한다.

도면의 모따기(chamfer) 표기에서 C는 'Chamfer'의 약자이며, C 뒤의 숫자는 모따기의 크기를 나타낸다. C3은 3mm 크기의 45도 모따기를 의미하는 표준 도면 기호이다. R은 반지름, ∅는 지름, □는 정사각형을 나타내므로 C3의 C는 모따기를 뜻한다.

짧은 작동거리는 전자빔 크기를 최대화하는 것이 아니라 전자빔의 수렴각을 크게 하여 고분해능 관찰에 유리하게 한다. 비점수차 보정은 고배율에서 수행하고, 진동 방지를 위해 시료를 단단히 고정하며, 대물렌즈의 강한 여기는 전자빔을 집속하여 빔 크기를 최소화하므로 1번의 설명이 틀리다.

시험체 내외의 압력 차이를 이용하여 유체가 결함을 통해 흘러나오거나 흘러들어가는 현상을 검사하는 방법은 누설검사(Leak Test, LT)이다. 누설검사는 헬륨 누설검사, 압력강하법, 거품법 등으로 시험체의 기밀성과 결함을 판정하는 검사법이다.
RT(방사선투과검사): X선·감마선으로 내부 결함을 촬영한다.
PT(침투탐상검사): 색상 침투액으로 표면 결함을 검출한다.
ET(와전류탐상검사): 전자기 유도로 결함을 탐지한다.
이들은 유체의 흐름을 이용하지 않는다.

보기의 표기 "FGC-V"에서 V는 비교법(Shepherd 표준도표 비교법)을 의미하며, 평적법(P)이 아니다. FGC는 페라이트 결정입도(Ferrite Grain size by Comparison) 시험법을 나타내고, {3(70%) + 6(30%)}(8)은 8개 시야 전부에서 입도 3과 6이 섞여 나타나며 그 비율이 70%, 30%임을 뜻하므로 2, 3, 4번 설명은 옳다.

목측형 쇼어 경도계 중 해머 낙하 거리 254mm를 요구하는 유형이 C형이다. C형은 강철 및 경금속 측정에 주로 사용되는 표준 목측형으로, 문제에서 제시한 254mm 낙하 거리 조건을 만족한다.
쇼어 경도계는 표준화된 해머를 일정 높이에서 낙하시켜 반발 높이로 경도를 측정하는 기기로, 형식에 따라 낙하 거리가 다르게 규정되어 있다.
A형과 B형: 각각 다른 낙하 거리(A형 254mm 표준이나 용도 및 하중이 다름)를 가진다.
D형: 다이얼식 또는 디지털식으로 분류되거나 특수 용도용이다.

자분탐상시험 중 건식법은 시험체 표면에 자성 분말을 뿌려 결함을 검출하므로 분말 비산으로 분진이 발생할 수 있어 방진대책이 필요하다. 인장시험·경도시험·초음파탐상시험은 일반적으로 건식 자성 분말을 사용하지 않으므로 이에 해당하지 않는다.

초음파탐상검사는 신호 수준을 정량적으로 평가하기 위해 기준선 설정 및 신호 비교가 필수이며, 이를 위해 표준 시험편이나 대비 시험편을 반드시 사용하여 검사 기준을 확립한다. 따라서 표준 시험편 또는 대비 시험편이 필요하지 않다는 거짓이다.
전파 능력이 우수하다: 참이다 — 초음파는 금속·콘크리트 등 다양한 매질을 투과하여 깊은 결함 검출이 가능하다.
검사결과를 신속히 알 수 있다: 참이다 — 실시간으로 화면에 신호가 표시되므로 즉시 판정 가능하다.
균열 등 미세한 결함에 대하여 감도가 높다: 참이다 — 초음파의 파장이 짧아 미세 결함 탐지에 탁월하다.

전단응력(shear stress)과 전단변형률(shear strain)을 직접 측정하여 강도를 계산할 수 있는 시험법은 비틀림 시험이다.
비틀림 시험은 시편의 한쪽 끝을 고정하고 다른 쪽 끝에 토크(회전력)를 가하여 전단응력과 전단변형률을 유도하고, 이를 통해 전단강도(shear strength)와 전단탄성계수(shear modulus)를 구한다.
휨 시험·굽힘 시험: 휨응력을 주로 측정한다.
에릭센 시험: 판재의 연성을 평가하는 시험으로 전단응력을 직접 다루지 않는다.

시험편이 작거나 얇을 때 열경화성 수지로 매립하여 연마 작업을 용이하게 하는 공정을 마운팅(mounting)이라 한다. 이는 금속조직 검사를 위해 시험편을 준비하는 단계에서 핸들 역할을 하는 수지로 감싸 안전하고 효율적으로 연마·폴리싱할 수 있도록 하는 표준 시료 준비 기법이다. 에칭은 화학적 부식으로 조직을 드러내는 단계, 폴리싱은 연마 후 광택을 내는 단계, 어닐링은 열처리 공정이므로 모두 다른 목적의 작업이다.

압축시험은 재료에 압축력을 가하여 강도와 변형성을 측정하는 시험으로, 만능 재료시험기를 기본 장비로 사용하며 직각게이지로 시편의 직각도를 확인하고 굽힘시험대를 압축 하중 적용 시 시편의 안정성을 위해 사용한다. 반면 크리프시험기는 고온에서 장시간 일정한 응력을 가하여 시간경과에 따른 변형을 측정하는 고온 장시간 시험 장비로, 압축시험의 단기 강도 측정과는 별개의 목적으로 사용되는 기계이므로 압축시험할 때 사용하지 않는다.

피로의 심리적 현상은 정신·인지 기능의 저하를 의미하며, 1번 주의력이 감소 또는 경감된다는 집중력과 인지능력 감퇴로 심리적 현상에 해당한다. 2번은 작업 수행 능력의 저하로 행동·생리적 결과이고, 3번은 자세 변화로 신체생리 현상이며, 4번은 신체 반응(무표정, 경련)으로 생리적 현상이다.

자분탐상검사는 먼저 검사체 표면의 오염물과 이물질을 제거하는 전처리를 한 뒤, 시험체를 자화하고 자분을 적용한다. 이후 누설자속에 의해 형성된 자분 모양을 관찰하여 지시를 판정·기록하고, 검사가 끝나면 후처리를 실시하므로 순서는 전처리→자화→자분의 적용→관찰→기록→후처리이다.

비커스 경도 시험의 압입자는 136° 대면각(정상각)을 가진 정사각형 다이아몬드 피라미드이다. 이 규격은 ISO 6507 등 국제 표준에서 규정되어 있으며, 압입자의 대면각이 136°일 때 압입 자국의 대각선 길이를 측정하여 경도값을 산출한다.
5mm 지름의 강구: 로크웰 경도시험은 강구를 사용하고, 브리넬 경도시험도 강구를 사용하므로 비커스와 구분된다.
90° 꼭지각의 다이아몬드 압입자: 비커스 압입자의 규격이 아니다.
120° 대면각의 다이아몬드 압입자: 표준 비커스 압입자의 사양이 아니다.

침투탐상검사는 침투액이 표면에 열린 결함 안으로 스며든 뒤 현상제에 의해 결함 표시가 나타나는 검사로, 그 원리는 모세관 현상이다. 음향 현상, 전기적 현상, 화학적 현상은 침투탐상검사의 기본 시험 원리가 아니다.

응력-변형 곡선에서 P는 비례한도, E는 탄성한도, Y는 항복점, M은 최대응력점(인장강도)을 나타내며, Z는 시편이 끊어지는 최종 지점이므로 파괴 강도를 계산할 수 있다.

육안 또는 10배 이하의 확대경으로 검사하는 방법은 매크로 시험법(Macro test)이다. 매크로 시험법은 저배율 확대 또는 육안으로 재료의 결정립, 결함, 조직 등을 검사하는 금속 재료 검사 기법이며, 현미경 시험법은 고배율(보통 100배 이상)을 사용하므로 구분된다.