개념 한 쪽
금속의 성질은 결정구조, 가공 온도 기준, 주요 성분과 불순물, 복합재료의 형태 등으로 요약된다. 시험에서는 결정격자별 배위수, 냉간·열간 가공의 구분 기준, 선철의 5대 원소, 금속 기지 내 입자분산 복합재료 등을 묻는다.
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출제기준 단원 「금속재료의 일반적 성질」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 선철 성분 확인 | 1 | 선철에 불가피하게 포함되는 주요 원소를 고르기 |
| 결정구조·배위수 판별 | 1 | 격자 종류에 따른 대표 원소나 배위수를 가려내기 |
| 복합재료 유형 식별 | 1 | 금속 기지에 비금속 입자 분산 형태의 재료명을 식별하기 |
금속의 소성 변형은 주로 슬립과 쌍정으로 설명한다. 슬립은 높은 원자밀도면과 방향을 따라 층이 미끄러지듯 변형되는 현상으로 비교적 큰 변형량을 보인다. 쌍정은 결정의 일부가 대칭 이동하여 변형부와 비변형부가 거울상 대칭을 이루며, 슬립보다 변형량이 작아 주로 저온 또는 급격한 하중에서 발생한다.
금속의 결정구조는 체심입방격자(BCC), 면심입방격자(FCC), 조밀육방격자(HCP) 등으로 나뉜다. FCC에 속하는 대표 금속으로 Ag, Al, Pt, Cu, Ni, Pb 등이 있으며, BCC와 HCP는 각각 다른 금속이 해당한다. 배위수는 구조의 조밀도와 연결되며 BCC의 배위수는 8, HCP는 12이다.
가공 방식은 온도 기준으로 냉간가공과 열간가공으로 구분한다. 구분 기준은 재결정 온도이며, 재결정 온도 이상에서 가공하면 열간가공으로 분류한다. 열간가공의 종료 시점에 해당하는 온도는 피니싱 온도(Finishing Temperature)라 부른다.
선철에는 철 이외에 불가피하게 포함되는 주요 원소들이 존재한다. 일반적으로 선철의 5대 원소는 탄소, 황, 망간, 인, 규소이다. 이들은 제철 공정 중 자연스럽게 함유되거나 잔류하는 성분으로 이해한다.
금속복합재료에서 금속 기지 내에 1~5μm 정도의 비금속 입자가 분산된 형태는 입자강화 복합재료에 해당하며, 서멧(Sintered Metal)이 이에 해당한다. 열처리 분위기 가스 중 불활성(볼활성) 가스로는 헬륨(He)과 아르곤(Ar)이 대표적이다.
슬립과 쌍정을 구별하는 문제는 형태와 발생 조건을 대비하여 풀어야 한다. 예컨대 '대칭을 이루며 변형량이 작다'는 표현이 있으면 쌍정이 정답 후보가 된다. 결정구조 문제에서는 대표 원소를 묻거나 배위수를 물으므로 'FCC에는 Ag·Al·Pt 등이 속한다'와 'BCC의 배위수는 8'을 떠올리면 정답을 고를 수 있다.
가공 온도 기준 문제는 '재결정 온도'라는 단어가 보이면 냉간/열간 구분의 열쇠로 삼는다. 열간가공 관련 용어 문제에서는 가공 종료 온도에 해당하는 용어가 '피니싱 온도'임을 기억하면 맞힌다. 복합재료 분류에서는 '금속 기지 + 비금속 입자 분산'이면 서멧을 선택한다.
일반적으로 선철에서 철 이외의 5대 원소는?
정답 ③ · 문제는 선철(주조로 얻은 철)에 흔히 포함되는 주요 5개 원소를 묻고 있다. 선철에는 탄소가 주성분으로 존재하고 공정상 불가피하게 황, 망간, 인, 규소가 함께 함유되는 것이 일반적이다.
선철의 5대 원소는 탄소, 황, 망간, 인, 규소이며, 이는 제철 공정에서 불가피하게 함유된다.
체심입방격자와 조밀육방격자의 배위수는 각각 얼마인가?
정답 ③ · 문항은 체심입방격자(BCC)와 조밀육방격자(HCP)의 배위수를 묻고 있다. BCC 구조에서는 중심 원자를 둘러싼 이웃 원자 수가 8개로 배위수가 8이고, HCP는 최조밀 구조로 배위수가 12이다.
체심입방격자(BCC)의 배위수는 8, 조밀육방격자(HCP)의 배위수는 12이다.
1~5μm 정도의 비금속 입자가 금속이나 합금의 기지 중에 분산되어 있는 입자강화 금속복합재료에 속하는 것은?
정답 ① · 문항은 금속 기지에 1~5μm 크기의 비금속 입자가 분산된 입자강화 복합재료의 명칭을 묻고 있다. 금속 기지 내에 미립자가 분산된 소결형 입자강화 복합재료는 서멧(또는 금속기지 복합재)로 분류된다.
금속 기지 내에 비금속 입자가 분산된 입자강화 복합재료는 서멧(Sintered Metal)이다.
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