개념 한 쪽
금속재료는 전기와 열을 잘 전달하고 광택이 나며 연성과 전성이 커서 가공성이 우수하다. 강재는 탄소 함량과 열처리 방법, 첨가원소에 따라 성질이 크게 달라지므로 각 항목의 정의와 목적을 정확히 구분해야 한다.
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출제기준 단원 「금속재료의 특성」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 담금질 정의 판별 | 1 | 가열 후 급냉으로 경도 상승·취약화되는 열처리명을 고르는 능력 |
| 불림과 냉각 매체 연결 | 1 | 적당한 온도 가열 후 공기 중 냉각의 공정명을 판별하는 능력 |
| 첨가원소 효과 구별 | 1 | 망간 등 원소의 영향으로 냉간가공성 저하 여부를 가리는 능력 |
금속재료의 일반적 특성은 전기 전도성·열전도성·광택·가공성·연성 및 전성이 크다는 점으로 요약된다. 금속은 늘이거나 두들겨 펼 수 있는 성질이 커서 전선이나 얇은 판 등으로 쉽게 가공된다.
강은 탄소 함량에 따라 성질이 달라진다. 탄소강은 탄소 함량 범위를 갖고 있으며 선철은 탄소 함량이 더 높아 고탄소 재료라는 특성을 가진다. 탄소 함량의 증가는 강도와 경도를 증가시키는 반면 일부 물성은 감소하는 경향을 보인다.
강재의 열처리는 온도와 냉각 속도 및 목적에 따라 구분된다. 담금질은 변태점 이상으로 가열한 뒤 급냉하여 경도와 강도를 높이나 인성이 낮아지는 공정이다. 풀림은 가열 후 노 속에서 천천히 냉각하여 내부 응력을 제거하고 연성과 가공성을 향상시키는 공정이다. 불림(소준)은 적당한 온도로 가열한 뒤 대기 중에서 냉각하여 조직을 미세화하고 균일하게 조정하는 공정이다.
첨가원소는 강의 성질을 조절한다. 탄소는 강도 증가의 주요 인자이고, 알루미늄은 탈산제로 작용하여 조직을 곱게 만든다. 니켈과 크롬은 강도와 내식성을 향상시키는 역할을 한다. 망간은 적정량에서 인성과 강도를 높이나 과잉 시 냉간가공성을 저하시키는 부작용을 초래한다.
열처리된 고강도강이나 조질강은 항복점이 명확하지 않거나 소멸하는 특징을 보일 수 있으므로 항복점의 존재 여부를 물을 때는 재료의 열처리 상태를 고려해야 한다.
문제 유형은 주로 정의와 냉각 조건, 목적을 연결하여 묻는다. 예를 들면 700~750℃로 가열 후 급냉하면 경도가 증가하고 취약해지는 현상을 말하는 공정은 담금질이라고 판단한다. 적당한 온도로 가열한 뒤 대기 중에서 냉각하여 결정 미세화와 균일화를 도모하는 공정은 불림이라고 판단한다. 첨가원소의 영향 문제에서는 망간이 과잉일 때 냉간가공성이 저하된다는 점을 근거로 오답을 제거한다.
대표 계산은 없으므로 핵심은 용어와 목적, 냉각 매체를 연상하여 답을 고르는 연습을 한다.
강을 700∼750℃ 정도 가열했다가 급냉시키면 조직이 조대해져 경도는 증대하나 취약해지는데 이러한 열처리 과정을 무엇이라 하는가?
정답 ② · 강(Steel)을 변태점 이상인 약 700~750℃ 온도로 가열했다가 물이나 기름 속에 급격하게 냉각시키는 열처리 방법을 담금질(Quenching)이라고 합니다. 이 과정을 통해 강의 조직이 변화되어 경도와 강도는 증가하지만, 연성과 인성은 감소하여 취약해지는 성질을 띠게 됩니다.
700~750℃ 가열 후 급냉하여 경도를 높이고 취약하게 만드는 열처리는 담금질이다.
강의 열처리 방법에는 풀림(thens), 불림(소준), 담금질(소입), 뜨임(소려) 등이 있다. 이 중에서 결정을 미세화 하고 균일하게 조정하기 위해 적당한 온도로 가열한 후 대기 중에서 냉각시키는 열처리 방법은?
정답 ② · 문항은 여러 열처리 방법 중 가열 후 대기 중 냉각으로 결정 입자를 미세화하고 균일하게 조정하는 방법을 묻고 있다. 이 처리법은 소준, 즉 불림(균열 소준)으로 알려져 있으며 적당한 온도로 가열한 뒤 대기 중에서 서서히 냉각시켜 내부 조직을 균질화하고 입자를 미세화하는 효과를 얻는다.
적당한 온도로 가열한 후 대기 중에서 냉각시켜 결정 구조를 미세화하고 균일하게 조정하는 열처리 방법은 불림(소준)이다.
강의 성질에 영향을 미치는 첨가원소의 영향으로 잘못된것은?
정답 ② · 강의 첨가 원소 중 탄소(C)는 강도, 경도 등을 높이는 대표적인 원소입니다. 망간(Mn)은 어느 정도까지 강의 강도와 경도를 향상시키지만, 과잉 사용 시 냉간가공성을 저하시키는 등의 악영향을 미칩니다.
망간은 적정량에서는 인성을 높이지만 과잉 시 냉간가공성을 저하시키므로 ②번이 오답이다.
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