[9급 지방직 기계일반] 16년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

재료의 원래 성질(내부 인성)을 유지하면서 내마멸성만 높이는 데는 고주파 경화법(induction hardening)이 가장 적합하다.
고주파 유도전류로 표면층만 급속 가열한 뒤 급랭하므로, 표면은 단단해지고 심부는 원래의 인성을 그대로 유지한다.
풀림(annealing)은 재료를 연화시키고 내부응력을 제거하는 처리로, 내마멸성 강화와는 반대 방향이다.
뜨임(tempering)은 담금질한 강의 취성을 줄이고 인성을 부여하는 처리로, 경도는 오히려 다소 낮아진다.
담금질(quenching)은 재료 전체를 경화시키므로 심부까지 성질이 바뀌어 원래 성질을 유지할 수 없다.

응고수축에 의한 수축공(shrinkage cavity)을 막기 위해 설치하는 요소는 압탕구(feeder, riser)이다.
압탕구는 주물보다 늦게 응고되도록 만든 용탕 저장부로, 주물이 응고하며 수축할 때 용탕을 보충해 준다.
탕구(sprue)는 주입된 용탕을 수직으로 아래로 내려보내는 통로이다.
탕도(runner)는 탕구에서 내려온 용탕을 주형 내 각 주입구로 수평 분배하는 통로이다.
주입구(pouring basin)는 래들의 용탕을 처음 받아 탕구로 흘려 보내는 받이 부분이다.

가장 매끈하고 정확한 전단면을 얻는 전단공정은 파인블랭킹(fine blanking)이다.
판 누르개(V-링)로 소재를 강하게 고정하고 펀치·다이 사이 틈새를 매우 작게 하여 전단하므로, 파단면 없이 거의 전 두께가 매끈한 전단면이 된다.
슬리팅(slitting)은 회전 원형날로 넓은 판재를 좁은 폭으로 길게 자르는 전단으로, 정밀 전단면을 목적으로 하지 않는다.
스피닝(spinning)은 회전하는 판재를 롤러로 눌러 축대칭 용기를 만드는 성형가공으로, 전단공정이 아니다.
신장성형(stretch forming)은 판재를 잡아당기며 형틀에 감아 굽히는 성형가공으로, 전단공정이 아니다.

소성가공이 아닌 것은 호닝(honing)이다.
호닝은 숫돌(혼)을 회전·왕복시켜 구멍 내면을 다듬는 정밀 입자가공(절삭계)으로, 재료를 깎아내므로 소성변형을 이용하는 가공이 아니다.
인발(drawing)은 소재를 다이 구멍으로 잡아당겨 단면을 줄이는 소성가공이다.
압연(rolling)은 회전하는 롤 사이로 소재를 통과시켜 두께를 줄이는 소성가공이다.
압출(extrusion)은 소재를 다이 구멍으로 밀어내어 일정 단면의 제품을 만드는 소성가공이다.

옳은 설명은 서브머지드 아크 용접(SAW)이 미리 살포된 입상 용제(flux) 속에서 용접봉과 모재 사이에 아크를 발생시킨다는 내용이다.
아크가 용제에 덮여 보이지 않아 잠호용접이라고도 하며, 고전류로 두꺼운 판의 자동 용접에 쓰인다.
TIG용접(GTAW)은 비소모성 텅스텐 전극을 쓰고 용가재를 별도로 공급하므로, 소모성 전극이라는 설명은 틀렸다.
MIG용접(GMAW)은 소모성 금속전극(와이어)이 녹아 용가재가 되므로, 비소모성 텅스텐 전극이라는 설명은 틀렸다(TIG와 MIG의 설명이 서로 바뀌었다).
산화철 분말과 알루미늄 분말의 반응열을 이용하는 것은 테르밋 용접이며, 일렉트로 슬래그 용접은 용융 슬래그의 전기 저항열을 이용한다.

옳은 설명은 면심입방격자(FCC)의 단위 격자당 원자 수가 4개라는 내용이다.
면심입방격자는 꼭짓점 8개(각 1/8)와 면 중심 6개(각 1/2)에 원자가 있다.
$8\times\dfrac{1}{8}+6\times\dfrac{1}{2}=4$
체심입방격자(BCC)는 꼭짓점 8개(각 1/8)와 체심 1개이므로 $8\times\dfrac{1}{8}+1=2$, 즉 2개이다.
조밀육방격자(HCP)는 육각기둥 단위로 6개(기본 단위 격자로는 2개)이며, 4개가 아니다.
각 꼭짓점과 각 면의 중심에 원자가 배열되는 것은 면심입방격자이며, 체심입방격자는 꼭짓점과 정육면체 중심에 배열된다.

㉠은 다이캐스팅(die casting), ㉡은 딥드로잉(deep drawing)이다.
다이캐스팅은 용융 금속을 고압으로 정밀 금형에 주입하는 방법으로, 알루미늄·아연 등 비철금속의 얇고 복잡한 제품을 대량 생산하는 데 적합하다.
딥드로잉은 평판 블랭크를 펀치로 다이 안에 밀어 넣어 이음매 없이 바닥이 있는 원통·각통 용기를 만드는 프레스 성형이다.
인베스트먼트주조(investment casting): 왁스 모형에 내화물을 입혀 주형을 만든 뒤 모형을 녹여내는 정밀주조로, 압력으로 금형에 주입하는 방식이 아니다.
플랜징(flanging): 판재의 가장자리를 굽혀 테두리(플랜지)를 만드는 가공으로, 바닥 있는 용기를 성형하는 방법이 아니다.

옳지 않은 설명은 레이저 용접에 진공 상태가 반드시 필요하다는 내용이다.
진공이 필요한 것은 전자빔 용접이며, 레이저 용접은 빛을 이용하므로 대기 중에서도 용접이 가능하다.
레이저 빔은 에너지 밀도가 높아 좁고 깊은 접합부 용접에 유리하다.
입열 영역이 좁아 열영향부가 작으므로 수축과 뒤틀림이 작고 용접 품질이 좋다.
반사도가 높은 재료(알루미늄·구리 등)는 레이저 에너지를 반사하므로 흡수율이 낮아 용접효율이 감소할 수 있다.

윤곽투영기(optical comparator)는 피측정물의 실제 모양을 스크린에 확대 투영하여 길이나 윤곽을 검사·측정하는 장치이다.
나사·기어·게이지 등 작은 부품의 윤곽을 확대 형상과 표준 도형과 비교하여 검사하는 데 쓰인다.
빛의 간섭무늬로 평면도를 측정하는 것은 옵티컬 플랫(optical flat)이다.
측정침이 3차원으로 이동하며 공간좌표를 검출하는 것은 3차원 측정기(CMM)이다.
랙과 피니언으로 측정자의 직선운동을 회전운동으로 바꿔 눈금판에 나타내는 것은 다이얼 게이지이다.

옳지 않은 설명은 숏피닝·롤러버니싱이 표면에 인장잔류응력을 발생시킨다는 내용이다.
숏피닝과 롤러버니싱은 표면을 소성변형시켜 압축잔류응력을 남기며, 이 압축응력이 피로균열의 발생·성장을 억제해 수명을 늘린다.
응력부식 균열이 생기면 연성 금속이라도 소성변형이 거의 없이 취성 재료처럼 파단된다.
비치마크(beach mark)는 균열이 반복하중으로 단계적으로 진전한 흔적이므로 피로파괴의 증거가 된다.
수소가 내부로 침투하면 수소취성이 생겨 연성이 저하되고, 예상보다 낮은 하중에서 파단될 수 있다.

탄성체를 넣어 두 축의 중심선 불일치를 완화하는 커플링은 플렉시블 커플링(flexible coupling)이다.
고무·가죽 등 탄성체가 축의 약간의 어긋남과 진동·충격을 흡수한다.
유체 커플링은 유체(오일)를 매개로 동력을 전달하는 이음으로, 탄성체를 넣는 구조가 아니다.
플랜지 커플링은 두 축이 일직선상에 정확히 있을 때 볼트로 강하게 결합하는 고정 커플링이다.
유니버설 조인트는 두 축이 일정 각도로 교차할 때 쓰는 이음이다.

판 스프링(leaf spring)과 쇼크 업소버(shock absorber)는 완충 장치이다.
판 스프링은 노면 충격을 탄성변형으로 흡수하고, 쇼크 업소버는 스프링의 진동을 감쇠시켜 승차감과 주행 안정성을 높인다.
클러치는 엔진 동력을 변속기에 연결하거나 끊는 장치이다.
제동 장치는 마찰 등으로 운동을 감속·정지시키는 장치이다.
동력 전달 장치는 엔진 동력을 바퀴까지 전달하는 변속기·추진축·차동장치 등을 말한다.

옳은 설명은 배기량이 같을 때 4행정 기관이 2행정 기관보다 출력이 작다는 내용이다.
4행정 기관은 크랭크축 2회전에 1회 폭발하고, 2행정 기관은 1회전에 1회 폭발하므로 같은 배기량에서 2행정 기관의 출력이 더 크다.
2행정 기관은 소기 과정에서 혼합기 일부가 배기와 함께 빠져나가므로 연료 소비율이 크고, 4행정 기관이 더 작다.
크랭크축 회전수와 폭발 횟수의 관계가 서로 바뀌었다(4행정은 2회전에 1회, 2행정은 1회전에 1회).
흡·배기 밸브 기구가 필요한 것은 4행정 기관이며, 2행정 기관은 소기구·배기구로 밸브 기구를 대신한다.

이의 간섭 방지 방법으로 옳지 않은 것은 압력각을 작게 한다는 내용이다.
압력각을 크게 하면 기초원이 작아져 인벌류트 구간이 길어지므로 간섭이 줄어든다. 따라서 압력각을 작게 하면 오히려 간섭이 커진다.
이 높이를 줄이면(낮은 이) 상대 기어 이끝이 피니언 기초원 안으로 파고들지 않아 간섭이 방지된다.
피니언 잇수를 최소 잇수 이상으로 늘리면 언더컷과 간섭이 방지된다.
상대(큰) 기어의 잇수를 한계 잇수 이하로 줄이면 이끝이 피니언 기초원 안쪽을 침범하지 않아 간섭이 방지된다.

옳지 않은 설명은 체인 전동기구가 진동과 소음이 작아 고속 회전에 적합하다는 내용이다.
체인은 스프로킷에 감길 때 다각형 운동(chordal action)으로 속도 변동이 생겨 진동·소음이 크므로 고속 회전에는 적합하지 않다.
벨트 전동기구는 벨트와 풀리 사이의 마찰력으로 동력을 전달한다.
타이밍 벨트는 이가 풀리 홈과 맞물려 미끄럼 없이 동기 전동을 한다.
감기 전동기구(벨트·체인·로프)는 두 축 사이 거리가 먼 경우에도 동력을 전달할 수 있다.

냉매의 구비 조건으로 옳지 않은 것은 응축 압력과 응고 온도가 높아야 한다는 내용이다.
냉매는 응축 압력이 낮아야 압축기·배관의 부담이 적고, 응고 온도가 낮아야 저온에서도 얼지 않고 순환할 수 있다.
임계 온도가 높고 상온에서 액화가 쉬워야 응축기에서 냉각수·공기로 응축시킬 수 있다.
증기 비체적이 작아야 압축기를 소형화할 수 있고, 부식성이 없어야 장치를 보호할 수 있다.
증발 잠열이 커야 냉동 효과가 크고, 저온에서도 증발 압력이 대기압 이상이어야 외기 침입을 막을 수 있다.

코일 소재 지름을 절반으로 하면 최대 전단응력은 8배가 된다.
응력 수정계수가 1일 때 원통 코일 스프링의 최대 전단응력은 다음과 같다.
$\tau=\dfrac{8PD}{\pi d^{3}}$
하중 $P$와 코일 평균지름 $D$가 같으므로 소재 지름의 세제곱에 반비례한다.
$\dfrac{\tau_{2}}{\tau_{1}}=\left(\dfrac{d}{d/2}\right)^{3}=2^{3}=8$

옳지 않은 설명은 점도가 높을수록 밸브나 액추에이터의 응답성이 좋아진다는 내용이다.
점도가 높으면 유동 저항과 관로 손실이 커져 작동유의 흐름이 둔해지므로 응답성이 나빠진다.
점도가 낮으면 틈새로 새어 나가는 작동유가 많아져 누설이 증가한다.
점도가 낮으면 유막이 얇아져 운동부의 윤활성이 나빠지고 마모가 커진다.
점도가 높으면 유체 마찰과 관로 저항이 커져 펌프의 동력 손실이 증가한다.

단면을 90° 눕히면 단면계수가 줄어 최대 휨응력이 커지며, 그 비는 $\dfrac{\sigma_2}{\sigma_1}=\dfrac{h}{b}$이다.
폭 b, 높이 h인 직사각 단면의 단면계수는 $Z=\dfrac{bh^2}{6}$(높이를 제곱)이고 최대 휨응력은 $\sigma=\dfrac{M}{Z}$이다.
원래 단면: $\sigma_1=\dfrac{6M}{bh^2}$
회전 단면: $\sigma_2=\dfrac{6M}{hb^2}$
비: $\dfrac{\sigma_2}{\sigma_1}=\dfrac{bh^2}{hb^2}=\dfrac{h}{b}$
$\dfrac{b}{h}$: 분자와 분모를 뒤집은 값으로, 회전 전후의 응력을 바꿔 놓은 비($\sigma_1/\sigma_2$)이다.
$\left(\dfrac{h}{b}\right)^2$: 단면 2차 모멘트 비 $\dfrac{I_1}{I_2}=\dfrac{bh^3}{hb^3}$에 해당하는 값으로, 응력 비에는 높이가 한 번만 남는다.
$\left(\dfrac{b}{h}\right)^2$: 단면 2차 모멘트 비를 거꾸로 쓴 값으로, 단면계수 비와도 맞지 않는다.

옳은 설명은 결정립이 작을수록 단위 체적당 결정립계 면적이 넓어 강도가 커진다는 내용이다.
결정립계는 전위의 이동을 방해하므로, 결정립이 미세할수록 강도·경도가 증가한다(결정립 미세화 강화, Hall-Petch 관계).
피로현상은 결정립 내부의 반복 미끄러짐(슬립대 형성)에서 균열이 시작되는 것과 관계있으며, 결정립계 미끄러짐과 관계있다는 설명은 맞지 않다.
용융금속이 급속히 응고되면 핵 생성이 많아 결정립이 작아지고, 천천히 응고되면 커지므로 설명이 반대이다.
결정립 하나는 방향에 따라 성질이 다른 이방성이지만, 방위가 무작위인 다결정체는 평균적으로 등방성이 되므로 설명이 반대이다.