개념 한 쪽
금속재료의 기계적 성질과 성분을 판별하기 위해 여러 시험법을 사용한다. 경도시험은 표면에 압입자를 눌러 경도를 수치화하고, 인장시험은 최대 하중과 단면적으로 인장강도를 판단한다. 불꽃시험은 연삭 시 튀는 불꽃으로 탄소량과 합금 원소를 시각적으로 판별한다.
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출제기준 단원 「금속재료의 시험과 검사」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 브리넬 경도 계산 | 1 | HB = P ÷ (π D H) 공식에 수치 대입하여 경도값 산출하기 |
| 인장강도 정의 판별 | 1 | 최대 하중과 초기 단면적의 비로 인장강도 정의를 고르기 |
| 불꽃시험 명칭 판별 | 1 | 연삭 불꽃으로 탄소량·합금원소 판별법의 명칭을 고르기 |
브리넬 경도(HB)는 구형의 압입자로 재료 표면에 하중을 가하고 남은 압입자국의 표면적을 이용해 계산하는 경도 지표이다. 수식은 HB = P ÷ (π D H)로 표기하며, P는 하중, D는 압입자 지름, H는 압입 깊이이다. 계산 시 분모가 압입구의 표면적이라는 점을 명확히 기억해야 한다.
인장강도는 인장시험에서 시편이 견딘 최대 하중 Pmax를 초기 단면적 A0으로 나눈 값으로 정의한다. 이는 재료가 파단 직전까지 견딜 수 있는 최대 응력을 나타내는 기본적인 기계적 성질 지표이다. 항복점, 연신율, 단면수축률 등은 각기 다른 변형 특성을 설명하는 지표이므로 용어를 혼동하지 않아야 한다.
불꽃시험은 그라인더로 강재 표면을 갈아낼 때 튀는 불꽃의 색과 모양을 관찰하여 탄소량과 특수 원소의 존재를 간편하게 판별하는 방법을 사용한다. 탄소량이 높을수록 불꽃의 밝기와 분사 형태가 달라지고, 크롬·니켈 등의 합금 원소는 불꽃 색상에 변화를 준다. 경험적 관찰을 통해 빠르게 재료 종류를 추정할 수 있지만 숙련이 필요하다.
충격값(U)은 충격시험에서 시험편이 흡수한 충격에너지 E를 노치 단면적 A로 나눈 값으로 정의된다(U = E ÷ A). 이 값은 단위 면적당 흡수한 에너지로 표현되므로 충격 강도를 비교할 때 사용한다. 연신율은 표점간 원래 길이에 대한 늘어난 길이의 비율을 백분율로 나타낸 값이며, 냉간가공은 결정구조의 변형으로 인해 재료가 단단해지는 가공경화 현상을 유발한다.
인장 파단 과정에서 네킹이 발생한 이후의 미세한 진행 과정은 미소공극 형성, 내부 균열 발생, 전면 파단, 최종 파단의 순서로 진행된다. 연성 재료의 파단 메커니즘을 이해하면 인장시험 결과 해석에 도움이 된다. 결정구조와 전연성의 관계에서는 면심입방격자(FCC)가 활동 계가 많아 전연성이 커 가공성이 우수하다는 점을 기억해야 한다.
브리넬 경도 계산 예시를 하나 든다. 하중 P = 3000 kgf, 압입자 지름 D = 10 mm, 깊이 H = 1 mm인 경우 HB = 3000 ÷ (π × 10 × 1)이다. π를 3.14로 근사하면 HB ≈ 3000 ÷ 31.4 ≈ 95.5가 되어 선택지 중 약 95.6에 해당하는 값을 고르면 된다.
충격값 계산 예시를 하나 더 든다. 충격에너지 E = 40 kgf·m, 노치 단면적 A = 0.8 cm²이면 충격값 U = 40 ÷ 0.8 = 50 이다. 단위는 kgf·m/cm² 형태가 되므로 계산 시 단위의 형태를 확인하여 선택지와 비교한다.
압입자 지름이 10mm인 브리넬 경도 시험기로 강의 경도를 측정하기 위하여 3000kgf의 하중을 적용하였더니 압입자국의 깊이가 1mm 이었다면 브리넬 경도값(HB)은 약 얼마인가?
정답 ③ · 브리넬 경도(HB)는 하중(P)을 압입자(D)로 재료에 눌렀을 때의 하중을 영구적 압흉의 표면적으로 나눈 값입니다. 공식은 HB = P / (πDH)이며, 하중 P=3000kgf, 지름 D=10mm, 깊이 h=1mm일 때, HB = 3000 / (π * 10 * 1) ≈ 95.5가 됩니다.
브리넬 경도(HB)는 하중(P)을 압입자 표면적(πDH)으로 나눈 값이므로 HB=3000/(π×10×1)≈95.5가 된다.
인장 시험에서 시험편이 파단될 때의 최대 인장 하중(Pmax)을 평행부의 원단면적(A0)으로 나눈 값은?
정답 ① · 인장 강도(Tensile Strength)는 재료가 견딜 수 있는 최대 하중을 의미하며, 인장 시험에서 시험편이 파단되기 직전의 최대 하중(Pmax)을 시험편의 초기 단면적(A0)으로 나눈 값으로 계산됩니다. 이는 재료가 외력에 저항하는 최대 능력을 나타내는 대표적인 기계적 성질 지표입니다.
인장 강도는 파단 직전 최대 하중을 초기 단면적으로 나눈 값으로, 재료의 최대 저항 능력을 나타낸다.
강을 그라인더로 연삭할 때 발생하는 불꽃의 색과 모양에 따라 탄소량과 특수 원소를 판별 할 수 있어 강의 종류를 간편하게 판정하는 시험법을 무엇이라고 하는가?
정답 ③ · 제도 규격에 따르면 원호와 현을 명확히 구별해야 할 경우, 호(아크)의 치수숫자 위에 호(Arc)의 첫 자인 'ᑎ' 혹은 이와 유사한 호 기호를 표시하여 구분합니다. 이는 현(Chord)의 길이와 호(Arc)의 길이 혹은 위치를 혼동하지 않게 하기 위한 표기법입니다.
강재 연삭 시 발생하는 불꽃의 색상과 모양으로 탄소량 및 합금 원소를 판별하는 시험법을 불꽃시험이라고 한다.
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