개념 한 쪽
열처리 세트는 「처리법 이름 × 목적」 대응이 중심이다. 중간풀림은 가공 중 균열 방지, 숏피닝은 피로 한도 증가, 시효 경화의 예비 처리는 용체화 처리로 이어진다. 재료 상식(고속도강 성분, 탄소강 5대 원소)도 함께 나온다.
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출제기준 단원 「열처리 공정」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 성분 암기 | 1 | 표준 고속도강의 대표 성분비 고르기 |
| 용도별 재료 선택 | 1 | 내연기관 밸브에 쓰는 내열 합금공구강 |
| 처리법 목적 매칭 | 1 | 냉간 가공 중 균열 방지 풀림 고르기 |
처리법과 목적을 짝지으면 대부분 풀린다. 냉간 가공 도중에 가공성을 높이고 균열을 막으려고 중간에 하는 풀림이 중간풀림이다. 스프링 강에 숏피닝을 하면 표면에 압축 잔류응력이 생겨 피로 균열이 억제되어 피로 한도가 증가한다. 알루미늄 합금의 대표 열처리는 용체화 처리와 시효 경화이고, 노멀라이징은 강재 특유의 열처리라 알루미늄 합금에는 해당하지 않는다. 재료를 석출 경화시키려면 합금 원소가 고용체 안에 고르게 녹아 있는 용체화 처리가 먼저 필요하다.
재료·조직 상식도 같은 세트에서 반복된다. 표준 고속도강은 고온 경도를 유지하는 텅스텐·크롬·바나듐이 핵심 원소고 대표 성분비는 W18-Cr4-V1이다. 합금공구강 중 담금질 변형이 적고 1000℃까지 내열성이 있어 내연기관 밸브에 쓰이는 것은 Si-Cr강이다. 탄소강의 5대 원소는 탄소와 불순물인 규소·망간·인·황이다. Fe-C 상태도에서 변태점 중 가장 낮은 온도는 공석점인 A1(727℃)로 본다. 상률에서 자유도가 0이라는 뜻은 조성과 온도가 모두 정해져 계의 상태가 고정된다는 것이다. 영구 자석강은 쉽게 자화되지 않고 자화를 유지해야 하므로 경자성이고 큰 잔류 자속 밀도와 큰 보자력을 가져야 한다. 냉각 속도가 빠르면 핵 생성이 우세해 결정립이 미세해진다.
출제 패턴은 세 가지다. ① 목적-처리법 매칭 — 균열 방지는 중간풀림, 피로 한도는 숏피닝, 석출 경화 예비는 용체화 처리로 연결한다. ② 성분 암기 — 고속도강 W18-Cr4-V1, 탄소강 5대 원소(C, Si, Mn, P, S)를 묻는다. ③ 개념 판별 — 자유도 0의 뜻, 알루미늄 합금 열처리에서 노멀라이징 제외처럼 정의 자체를 확인한다.
표준 고속도강의 성분은 다음 중 어느 것인가?
정답 ① · 표준 고속도강의 대표 성분비를 묻는 문제이다. 표준 고속도강은 텅스텐 18%, 크롬 4%, 바나듐 1%를 함유한 W18-Cr4-V1 조성으로 대표된다.
고속도강은 고온 경도를 유지하기 위해 W, Cr, V가 핵심 합금원소로, 대표 성분비는 W18-Cr4-V1이다.
합금공구강 중 담금질 변형이 적고 1000℃까지 내열성이 있어 내연기관의 밸브로 사용되는 재료는?
정답 ④ · 담금질 변형이 적고 1000℃까지 내열성이 있어 내연기관 밸브에 쓰이는 합금공구강을 묻는 문제이다. Si-Cr강은 규소와 크롬의 복합 효과로 내산화성과 내열성이 뛰어나 1000℃ 정도까지 견디며, 담금질 시 변형도 적어 고온에서 반복 하중을 받는 내연기관의 흡배기 밸브 재료로 적합하다.
실린더 밸브 등 고온 내열성과 담금질 변형이 적은 합금공구강은 Si-Cr강이 적합합니다.
냉각가공의 공정도중에 실시하며 가공성의 향상이나 가공후의 균열방지를 위한 풀림 작업은?
정답 ① · 냉간가공 공정 도중에 실시하여 가공성 향상과 균열 방지를 목적으로 하는 풀림 작업을 묻는 문제이다. 냉간가공을 계속하면 가공경화로 재료가 단단해져 균열이 발생하기 쉬우므로, 공정 중간에 풀림을 실시해 연화시키는 것을 중간풀림이라 한다.
냉간 가공 중 가공성 향상과 균열 방지를 위해 중간에 실시하는 풀림은 중간풀림입니다.
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