개념 한 쪽
가공공정 세트는 냉각 속도와 조직 변화가 축이다. 빠른 냉각은 과냉도를 크게 해 핵생성이 우세해지며 결정립을 미세화하고, 담금질 균열은 두께별 냉각 속도 차이가 만드는 마텐자이트 변태 시간 차에서 온다. 재료 기호(SPS·SCM·SNCM·SKS)와 탄소공구강 탄소량 매칭도 정형 문항이다.
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출제기준 단원 「요소부품 가공공정」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 재료 성격 분류 | 1 | 가공 경화성이 큰 강재의 쓰임 분류 |
| 구비조건 판별 | 1 | 공구강 재료의 구비 조건이 아닌 것 고르기 |
| 기호 판별 | 1 | 스프링 강을 나타내는 기호 고르기 |
냉각 속도는 조직을 결정한다. 금속을 급냉하면 과냉도가 커져 핵 생성 속도가 성장 속도보다 커지므로 결정립이 미세해지고 조직이 조밀해지며, 천천히 냉각하면 결정립이 조대화된다. 담금질 균열도 같은 원리다 — 금형의 표면과 중심부, 얇은 부분과 두꺼운 부분에서 냉각 속도가 달라지면 마텐자이트 변태 시간이 달라져 부피 변화가 어긋나 잔류응력이 생기고 균열로 이어진다. 마텐자이트 변태 때 부피 팽창이 일어나는 점이 균열의 주원인이다.
강재 분류는 용도와 기호로 외운다. 탄소공구강·일반공구강은 경도·내마모성·가공성·강인성을 갖춰야 하며 「내마모성이 작다」는 부적합 조건이고, 탭·다이스·쇠톱날·정에 쓰는 탄소공구강 STC3종은 탄소 함유량 1.0~1.1%다. 기호는 SPS(스프링 강)·SCM(합금구조강)·SNCM(침탈용 합금강)·SKS(공구강)로 구분한다. 고망간강은 충격 가공 시 표면이 단단해지는 가공 경화성이 뛰어난 내마모성 강재로 오스테나이트 조직을 가지며, 영구자석강은 자기적으로 경하고 잔류자속 밀도와 보자력이 모두 커야 한다. 고급 주철은 냉각 속도를 조절해 기지조직을 펄라이트로 만들어 인성과 강도를 함께 확보한 것이다 — 페라이트는 강도가 낮고 시멘타이트는 취성이 강하며 마텐사이트는 연성이 극히 낮아 기지조직에 어울리지 않는다.
알루미늄 합금은 계열별 특성으로 묶는다. 시효경화(침정경화)가 뚜렷해 주물용으로 널리 쓰이는 것은 Al-Cu계 합금이고, 실루민(Al-Si)은 주조성이 우수하며 두랄루민(Al-Cu-Mg)은 고강도 압출재다. 가장 가벼운 금속 마그네슘(비중 1.74)이 경량 구조재로 쓰이는 사실도 같은 세트에서 반복 나온다.
출제 패턴은 세 가지다. ① 인과 연결 — 「냉각속도 빠름 → 과냉도 증가 → 핵생성 증가 → 결정립 미세화」 순서로, 「조대화된다」는 반대 선지가 오답이다. ② 수치·기호 매칭 — STC3종 1.0~1.1%, 스프링 강 SPS, 시효경화 Al-Cu계. ③ 함정 — 담금질 균열 원인에서 트루스타이트·소르바이트 같은 변태 조직을 답으로 내놓는 선지, 영구자석강을 「자기적으로 연하다」로 적은 선지가 단골 오답이다.
고망간강의 특성으로 가장 적당한 것은?
정답 ① · 고망간강(Mn 약 11~14% 함유)은 담금질 후 가공 경화성이 매우 뛰어난 특징을 가진 오스테나이트계 강입니다. 충격을 받거나 마모가 진행될수록 표면 경도가 극단적으로 단단해지는 성질 때문에, 광산용 크러셔, 철도 전철기, 토목 및 건설 기계 부품 등 마모가 심한 부위에 널리 쓰입니다.
고망간강은 충격 가공 시 표면이 단단해지는 가공 경화성이 뛰어나 내마모성 강재로 분류된다.
다음 중 탄소공구강 및 일반공구강 재료로써 구비 조건이 아닌 것은?
정답 ② · 탄소공구강 및 일반 공구강 재료가 갖추어야 할 구비 조건이 아닌 것을 찾는 문제이다. 공구강은 절삭, 펀칭, 성형 등 가공용 공구로 쓰이므로 상온뿐 아니라 고온에서도 경도가 크고 내마모성이 우수해야 수명이 보장된다.
공구강은 절삭이나 펀칭 등에 사용되므로 내마모성이 커야 하며, 내마모성이 작다는 것은 부적합 조건이다.
다음 중 스프링 강의 기호를 나타내는 것은 어느 것인가?
정답 ③ · 스프링 강을 나타내는 KS 철강 기호를 묻는 문제이다. 스프링 강은 Spring Steel의 머리글자를 딴 SPS로 표기하므로 SPS1이 정답이다.
스프링 강은 SPS(Spring Steel)로 표기하며, SCM은 합금구조강, SNCM은 침탄용 합금강, SKS는 공구강이다.
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