강의 화학성분 중 인(P)이 많을 때 증가 되는 성질은?
- 취성
- 인성
- 탄성
- 휨성
정답과 해설 보기
정답 ① · 철강에서 인(Phosphorus)은 상온에서 강도와 경도를 증가시키지만, 함량이 많을 경우 결정입계에 편석되어 취성을 증가시키는 주요 원인이 됩니다. 이로 인해 충격 저항성이 감소하여 인성이 저하되는 결과를 가져옵니다.
철강 내 인(P)은 상온 강도를 높이지만 과다 시 결정입계 편석으로 취성을 유발한다.
개념 한 쪽
건설재료시험기능사 강재시험 — 강재의 기계적 성질·열처리·경도 및 변형률
강재시험은 재료의 기계적 성질과 화학성분, 열처리로 인한 조직 변화 및 경도 측정법을 확인하는 분야이다. 취성·연성·인성 같은 기본 용어 이해와 인(P) 같은 원소의 영향, 담금질·뜨임·불림 등 열처리의 목적, 브리넬 등 경도 시험 방법의 차이를 중심으로 문제로 출제된다. 또한 재료의 변형을 다루는 포아송비 계산도 핵심 계산 유형에 속한다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「강재시험」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 원소와 성질 변화 판단 | 1 | 인 함량 변화가 강의 성질에 미치는 영향 가리기 |
| 경도 시험법 판별 | 1 | 강구와 오목부 표면적 언급으로 경도법 식별하기 |
| 변형률 계산 | 1 | 주어진 치수 변화로 포아송비 계산하기 |
뜻
재료의 파괴 특성을 나타내는 용어로 취성은 거의 소성 변형 없이 갑자기 파괴되는 성질을 의미한다. 유리나 도자기처럼 작은 충격에도 쉽게 깨지는 성질이 취성이다. 인성은 파괴될 때까지 흡수하는 에너지의 크기이고, 연성은 인장하에서 길게 늘어나는 성질, 전성은 두들겨서 얇게 펼 수 있는 성질을 뜻한다.
강 속의 화학원소는 기계적 성질에 영향을 준다. 특히 인(P)은 상온에서 강도와 경도를 높이는 효과가 있으나 과다하면 결정립계에 편석을 일으켜 취성을 증가시킨다. 따라서 인의 증가는 취성 증가와 인성 감소로 이어진다는 관계를 기억해야 한다.
강의 성질을 개선하기 위해 쓰는 열처리는 가열과 냉각을 통해 조직을 변화시키는 공정이다. 대표적인 열처리에는 오스테나이트 영역까지 가열한 뒤 급랭하여 마텐자이트 조직을 얻어 경도와 강도를 증가시키는 담금질이 포함된다. 담금질로 생긴 과도한 취성은 뜨임과 불림으로 잔류 응력 제거 및 인성 보정을 하여 조절한다.
경도 시험법은 사용하는 압자와 측정 기준이 서로 다르므로 혼동하지 않아야 한다. 브리넬 경도는 강구를 눌러 생긴 오목부의 표면적으로 하중을 나누어 계산하는 방식이다. 비커스는 다이아몬드 정사각뿔을 사용하고, 록웰은 침입 깊이를 기준으로 하며, 쇼어는 반발 높이나 반발량을 이용하는 방법이다.
재료의 변형률 관련 계산에서는 포아송비가 자주 출제된다. 포아송비는 횡방향 변형률과 축방향 변형률의 비로 정의되며, 변형률은 변위량을 원래 길이로 나눈 값으로 계산한다. 문제 풀이에서는 변형의 정의와 비율 공식을 차근차근 적용해야 정답을 얻는다.
예제
(간단한 판별 예) 문제에서 '강구'와 '오목부의 표면적'을 언급하면 브리넬 경도를 선택해야 한다는 점을 적용한다. 압자의 형태와 측정 기준(깊이 대 표면적)을 기준으로 보기를 소거한다.
대표 기출 3문항
구조용 골재로서 필요한 성질 중 틀린 것은?
- 깨끗하고 유해물을 함유하지 않을 것
- 물리적으로 안정하고 내구성이 클 것
- 입도가 좋지 않을 것
- 화학적으로 안정할 것
정답과 해설 보기
정답 ③ · 구조용 골재는 콘크리트의 강도와 내구성을 확보하기 위해 깨끗하고 화학적으로 안정적이어야 하며, 적절한 입도를 가져야 워커빌리티와 강도가 좋아집니다. 따라서 입도가 좋지 않아야 한다는 보기는 명백히 틀린 설명입니다.
구조용 골재는 적절한 입도가 필요하므로 입도가 좋지 않아야 한다는 설명은 틀렸다.
콘크리트의 골재로서 필요한 성질을 설명한 것으로서 부적당한 것은?
- 깨끗하고 유해물을 함유하지 않을것
- 화학적, 물리적으로 안정하고 내구성이 클것
- 크기가 비슷한 것이 고르게 혼입되어 있을것
- 단단하며 마모에 대한 저항이 클것
정답과 해설 보기
정답 ③ · 좋은 콘크리트를 얻기 위해서는 골재가 서로 다른 크기의 입자가 적당한 비율로 혼합된 그물입도(입도가 좋음)를 가져야 공극이 줄어들고 워커빌리티 및 강도가 증진됩니다. 따라서 크기가 비슷한 것만 고르게 혼입되는 것은 공극률을 높이어 콘크리트의 성능을 저하시키므로 골재로서 부적당한 설명입니다.
좋은 콘크리트 골재는 다양한 크기의 입자가 골고루 섞여 공극을 최소화하는 입도 분포를 가져야 합니다.
자주 묻는 물음
- 취성과 연성은 어떻게 구분하나?
- 취성은 소성 변형 없이 갑작스럽게 깨지는 성질이고, 연성은 인장하에서 길게 늘어나는 성질로 구분한다.
- 인(P)이 강에 미치는 영향은 무엇인가?
- 인(P)은 상온 강도와 경도를 올리지만 과다 시 결정립계 편석을 초래하여 취성을 증가시키므로 인성은 떨어진다.
- 담금질의 목적과 후속 처리는 무엇인가?
- 담금질은 오스테나이트 영역에서 급랭하여 마텐자이트 조직을 얻어 경도와 강도를 높이는 목적이고, 필요 시 뜨임이나 불림으로 인성을 보정하고 잔류 응력을 제거한다.
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