[9급 국가직 기계일반] 24년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

표면에 작은 입자를 고속으로 분사해 압축잔류응력을 만드는 가공은 숏피닝(shot peening)이다.
입자 충돌로 표면층이 소성변형되며 압축잔류응력이 남아 피로강도가 높아진다.
클래딩(cladding)은 모재 표면에 다른 금속을 덧붙여 접합하는 피복법이다.
스퍼터링(sputtering)은 이온 충돌로 타깃 원자를 떼어 내 박막을 입히는 물리증착법이다.
진공증착(vacuum deposition)은 진공에서 재료를 증발시켜 표면에 막을 입히는 방법이다.

융점이 가장 높아 필라멘트와 용접 전극에 쓰이는 금속은 텅스텐(W)이다.
텅스텐은 금속 중 융점이 가장 높고 고온 강도가 커서 백열전구 필라멘트, TIG 용접의 비소모성 전극에 쓰인다.
아연은 융점이 낮아 다이캐스팅·도금용으로 쓰인다.
티타늄은 비강도와 내식성이 좋지만 융점은 텅스텐보다 훨씬 낮다.
마그네슘은 가장 가벼운 실용 구조금속이며 융점이 낮다.

옳지 않은 것은 탄성변형이 하중 제거 후에도 유지된다는 설명이다. 탄성변형은 하중을 제거하면 원래대로 회복된다.
하중을 제거해도 남아 있는 변형은 항복점을 넘어 생긴 소성변형(영구변형)이다.
진응력이 하중을 순간 단면적으로 나눈 값이라는 설명은 옳다.
극한강도가 파괴되지 않고 견디는 최대 공칭응력이라는 설명은 옳다.
비례한도 이하에서 훅의 법칙이 성립한다는 설명은 옳다.

응력 흐름을 급격하게 하는 것은 응력집중을 키우는 방향이므로 옳지 않다.
응력집중은 단면이 급변하는 곳에서 응력 흐름선이 몰려 생기므로, 응력 흐름을 완만하게 하는 것이 완화의 원칙이다.
표면 거칠기 값을 작게 해 미세 노치를 줄이는 것은 옳다.
단면 변화를 완만하게 하는 것은 옳다.
단이 진 부분의 필렛 반지름을 크게 하는 것은 옳다.

호칭 번호 6212ZZ 베어링의 안지름, 즉 축의 기준 치수는 ø60 mm이다.
호칭 번호의 끝 두 자리가 안지름 번호이고, 04 이상이면 안지름 = 안지름 번호 × 5 mm이다(00·01·02·03은 각각 10·12·15·17 mm 예외). 앞의 6은 깊은 홈 볼 베어링, 2는 치수 계열, ZZ는 양쪽 실드를 뜻한다.
$d = 12 \times 5 = 60\ \mathrm{mm}$
ø12는 안지름 번호를 그대로 치수로 읽은 값이다.
ø24는 안지름 번호에 2를 곱한 값으로 근거가 없다.
ø62는 형식·계열 번호를 치수로 잘못 읽은 값이다.

축의 전달 동력은 토크에 각속도를 곱한 값으로, $H = \dfrac{\pi T N}{30}$ [W]이다.
회전수 N [rpm]을 각속도로 바꾸면 $\omega = \dfrac{2\pi N}{60}\ \mathrm{rad/s}$이다.
$H = T\omega = \dfrac{2\pi N T}{60} = \dfrac{\pi T N}{30}\ \mathrm{W}$
분모가 60인 식은 2π를 π로 잘못 쓴 결과로, 실제 동력의 절반이다.
30을 πTN으로 나눈 식은 분자·분모가 뒤집힌 꼴이다.
60을 πTN으로 나눈 식도 역수 꼴이라 단위가 맞지 않는다.

심압대 편위량은 $e = L\sin\left[\tan^{-1}\left(\dfrac{D-d}{2l}\right)\right]$이다.
(가)에서 테이퍼부 길이 l 동안 지름이 D에서 d로 줄므로 테이퍼 반각 α는 $\tan\alpha = \dfrac{D-d}{2l}$이다. (나)처럼 전체 길이 L인 공작물의 축을 α만큼 기울이려면 심압대를 $e = L\sin\alpha$만큼 옮겨야 한다.
α가 작으면 $\sin\alpha \approx \tan\alpha$여서 흔히 쓰는 근사식 $e \approx \dfrac{L(D-d)}{2l}$와 같아진다.
2L과 (D−d)/l 조합의 식은 길이를 두 배로 잡고 반각 대신 테이퍼 전체 각에 가까운 각을 써서 편위량을 과대평가한다.
l과 (D−d)/(2L) 조합의 식은 테이퍼부 길이와 전체 길이의 역할을 뒤바꿨다.
2l과 (D−d)/L 조합의 식도 두 길이의 역할이 뒤바뀌어 기울기를 잘못 잡았다.

소성가공이 아닌 것은 플레이너가공이다.
플레이너가공은 공구로 칩을 깎아 내는 절삭가공이고, 소성가공은 재료를 깎지 않고 소성변형시켜 형상을 만든다.
압연가공은 회전 롤 사이로 재료를 통과시키는 소성가공이다.
인발가공은 다이 구멍으로 재료를 잡아당겨 뽑는 소성가공이다.
프레스가공은 금형으로 판재를 전단·굽힘·성형하는 소성가공이다.

옳지 않은 것은 입자가 작으면 통기성이 좋아진다는 설명이다. 입자가 작을수록 입자 사이 틈이 좁아져 통기성은 나빠진다.
대신 입자가 작으면 주물 표면이 매끈해진다. 통기성과 표면 품질은 입도에 대해 서로 반대로 움직인다.
입자가 작으면 주물 표면이 우수해진다는 설명은 옳다.
고온에 견디도록 내화성이 커야 한다는 설명은 옳다.
점결제(binder)를 혼합하면 성형성이 향상된다는 설명은 옳다.

옳지 않은 것은 압축잔류응력이 응력균열을 발생시킨다는 설명이다. 응력균열(응력부식균열 등)을 일으키는 것은 균열을 벌리는 인장잔류응력이다.
표면의 압축잔류응력은 오히려 균열의 발생·성장을 억제한다.
압축잔류응력이 피로수명을 향상시킨다는 설명은 옳다.
인장잔류응력이 파괴강도를 저하시킨다는 설명은 옳다.
잔류응력을 풀림 처리로 제거할 수 있다는 설명은 옳다.

회전하는 주형으로 파이프·실린더 라이너 같은 중공 주물을 만드는 주조법은 진원심 주조이다.
주형을 축 둘레로 고속 회전시키면 원심력으로 용탕이 주형 내벽에 밀착해, 코어 없이 속이 빈 원통형 주물이 만들어진다.
셸 주조는 열경화성 수지를 섞은 모래로 얇은 껍질 주형을 만드는 방법이다.
다이캐스팅 주조는 금형에 용탕을 고압으로 주입하는 방법이다.
인베스트먼트 주조는 왁스 모형을 내화물로 감싼 뒤 녹여 내는 정밀주조법이다.

압입 자국을 이용하지 않는 경도 시험법은 쇼어(Shore) 경도 시험법이다.
쇼어 경도는 다이아몬드 해머를 낙하시켜 튀어 오른 높이로 경도를 재는 반발식 시험이다.
브리넬 경도는 강구 압입 자국의 표면적으로 구한다.
비커스 경도는 다이아몬드 사각뿔 압입 자국의 대각선 길이로 구한다.
로크웰 경도는 압입자의 침입 깊이 차로 구한다.

외접 기어펌프의 폐입 방지책은 정현파 형태의 특수 치형 사용과 측판의 릴리프 홈이다.
폐입(trapping)은 물림률이 1보다 커 두 쌍의 이가 동시에 물릴 때 그 사이에 기름이 갇혀 압축·팽창되는 현상으로, 소음·진동·베어링 하중 증가를 일으킨다. 갇힌 기름을 릴리프 홈으로 흡입·토출측에 빼 주거나, 갇힘 공간이 생기지 않는 특수 치형을 쓰면 막을 수 있다.
인벌류트 치형은 일반 기어펌프에 쓰이는 표준 치형으로, 그 자체가 폐입을 막는 대책은 아니다.
전위기어로 물림률을 1보다 크게 하는 것은 동시 물림 구간을 늘려 폐입의 원인을 키운다.

옳지 않은 것은 점도가 높아질수록 유압펌프 효율이 증가한다는 설명이다. 점도가 지나치게 높으면 내부 마찰과 관로 저항이 커져 동력손실이 늘고 효율이 떨어진다.
작동유는 점도가 너무 낮으면 누설이, 너무 높으면 마찰손실이 커지므로 적정 점도를 유지해야 한다.
온도가 상승하면 점도가 낮아진다는 설명은 옳다.
점도 지수가 클수록 온도에 따른 점도 변화가 작다는 설명은 옳다.
점도가 낮아질수록 제어밸브의 누설이 증가한다는 설명은 옳다.

이미 뚫린 구멍을 선반에서 넓히는 가공은 보링(boring)이다.
보링은 보링 바에 단 바이트로 기존 구멍의 안지름을 확대하고 진원도·위치를 바로잡는 내면 절삭이다.
널링(knurling)은 손잡이 등 외면에 미끄럼 방지용 요철을 소성변형으로 새기는 작업이다.
슬로팅(slotting)은 공구를 상하 왕복시켜 키 홈 등을 깎는 작업이다.
단면절삭(facing)은 공작물의 끝면을 축에 직각으로 평평하게 깎는 작업이다.

냉매의 조건으로 옳은 것은 저온에서도 증발압력이 대기압보다 클 것과 임계온도가 높고 상온에서 액화할 것이다.
증발압력이 대기압보다 높아야 저압측으로 공기가 새어 들지 않고, 임계온도가 높아야 상온의 냉각수·공기로 응축시킬 수 있다.
표면장력은 작아야 전열과 유동이 좋으므로, 커야 한다는 조건은 틀리다.
비열비가 크면 압축 후 토출가스 온도가 높아지므로 작아야 하며, 커야 한다는 조건은 틀리다.

압출공정의 결함이 아닌 것은 수축공이다.
수축공은 용탕이 응고하며 부피가 줄어 생기는 주조 결함이다.
표면균열은 압출 온도·속도가 높거나 마찰이 클 때 생기는 압출 결함이다.
파이핑 결함은 빌릿 끝부분의 표면 산화물·불순물이 중심으로 끌려 들어가는 압출 결함이다.
중심부 결함(셰브런 균열)은 중심부에 인장응력이 생겨 갈라지는 압출 결함이다.

옳지 않은 것은 바로 걸기에서 이완부가 위로 가면 접촉각이 감소한다는 설명이다. 이완측이 위에 있으면 벨트가 자중으로 처지며 풀리를 더 감싸 접촉각이 증가한다.
그래서 수평 바로 걸기는 보통 긴장측을 아래, 이완측을 위에 둔다.
마찰이 없으면 장력비 $e^{\mu\theta}$가 1이 된다는 설명은 옳다.
림 중앙부를 높게(크라운) 하여 벨트 이탈을 막는다는 설명은 옳다.
유효장력이 커지면 긴장측과 이완측의 신장 차로 크리핑이 생길 수 있다는 설명은 옳다.

종이나 폴리머 시트를 쓰고 별도 지지구조가 필요 없는 적층 제조법은 박판적층공정(laminated-object manufacturing, LOM)이다.
LOM은 접착제가 입혀진 얇은 시트를 한 층씩 붙이고 레이저나 칼로 윤곽을 자르는 방식이라, 잘리고 남은 시트가 그대로 지지체 역할을 한다.
폴리젯(polyjet)은 액상 광경화 수지를 분사하고 경화시키며, 돌출부에는 지지재를 함께 분사한다.
광조형법(stereolithography)은 액상 광경화성 수지를 레이저로 경화시키며 돌출부에 지지구조가 필요하다.
융해용착모델링(FDM)은 열가소성 필라멘트를 녹여 압출하며 돌출부에 지지구조가 필요하다.

잔류 오스테나이트를 마르텐사이트로 바꾸는 열처리는 심냉 처리(sub-zero treatment)이다.
담금질한 강을 0℃ 이하로 냉각하면 남아 있던 잔류 오스테나이트가 마르텐사이트로 변태해 경도가 오르고, 시간이 지나며 생기는 치수변화(경년변화)가 방지된다.
풀림 처리는 서랭으로 연화·내부응력 제거를 하는 열처리로 경도를 낮춘다.
침탄 처리는 표면에 탄소를 침투시켜 표면만 경화시키는 표면경화법이다.
불림 처리는 공랭으로 조직을 미세화·표준화하는 열처리다.