개념 한 쪽
재료 세트는 「첨가 원소가 하는 일 × 대표 재료의 쓰임」 매칭이 축이다. 크롬은 내식성, 몰리브덴은 강인성과 뜨임 메짐 방지, 고망간강은 내마모성으로 연결되고, 주철은 흑연 모양(유리탄소)으로 성질이 갈린다.
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출제기준 단원 「재료 제조공정」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 표면경화법 선택 | 1 | 암모니아 가스로 표면만 굳히는 방법 고르기 |
| 용도별 합금 선택 | 1 | 항공기 구조재에 알맞은 합금 고르기 |
| 원소 효과 판별 | 1 | 크롬이 특수강 재질에 미치는 대표 영향 |
합금 원소의 역할부터 정리한다. 크롬은 강 표면에 보호 산화막을 만들어 부식 저항, 즉 내식성을 크게 올리는 원소다. 니켈-크롬강에 몰리브덴을 넣으면 강인성이 증가하고 질량 효과가 줄며 뜨임 메짐을 막는다. 고망간강은 충격을 받을수록 표면이 단단해지는 가공 경화성이 뛰어나 내마모성 강재로 분류된다. 톱날이나 줄은 높은 경도와 내마모성이 필요해 고탄소강이 적합하고, 항공기 구조재는 비강도와 내식성이 좋은 알루미늄 합금인 초초두랄루민을 쓴다. 표준형 고속도 공구강은 탄소·텅스텐·크롬·바나듐을 주성분으로 하는 고속절삭강이다.
주철과 열처리 상식도 같은 세트에서 나온다. 주철에 든 유리탄소는 결정 구조를 이루지 않고 자유롭게 존재하는 흑연이다. 구상흑연주철과 가단주철은 흑연이 구상 또는 덩어리 모양으로 있어 인성과 연성이 보통주철보다 크다. 백주철 주물을 고온에서 오랜 시간 풀림해 시멘타이트를 분해시키면 인성·연성을 얻은 가단주철이 된다. 게이지류처럼 치수 변화가 없어야 하는 부품은 담금질 후 0℃ 이하까지 더 식혀 잔류 오스테나이트를 줄이는 심냉처리를 하고, 암모니아 가스로 표면만 굳히는 표면 경화법은 질화법이다. 응고할 때 식히는 속도가 빠르면 핵 생성이 성장보다 앞서 결정립이 미세해지고 조직이 조밀해진다.
출제 패턴은 세 가지다. ① 원소-성질 매칭 — 크롬 내식성, 몰리브덴 뜨임 메짐 방지, 고망간강 내마모성처럼 첨가 원소의 대표 효과를 묻는다. ② 용도-재료 선택 — 항공기는 초초두랄루민, 톱날·줄은 고탄소강, 내연기관 밸브는 내열성이 좋은 합금으로 연결한다. ③ 조직 상식 — 유리탄소는 흑연, 빠른 냉각은 미세 조직, 심냉처리는 잔류 오스테나이트 감소로 정리한다.
표면 경화 열처리 방법 중에서 암모니아 가스(NH3)로 표면만 경화시키는 방법은?
정답 ③ · 암모니아 가스를 이용해 표면만 경화시키는 표면경화 열처리 방법을 묻는 문제이다. 질화법은 암모니아 가스(NH3)를 약 500~550℃로 가열하여 분해시키면 생기는 질소를 강 표면에 침투시켜 경화하는 방법으로, 담금질 없이도 고경도를 얻는다.
표면 경화 열처리 중 암모니아 가스를 사용하여 표면에 질소를 침투시켜 경화시키는 방법은 질화법이다.
다음 재 중 항공기용 재료로서 적합한 합금은 어느 것인가?
정답 ④ · 항공기용 재료로 적합한 합금을 고르는 문제이다. 항공기 구조재는 가벼우면서 강도가 높은 비강도와 내식성이 요구되므로 초초두랄루민(Extra Super Duralmin)이 적합하다.
항공기 구조재로 높은 비강도와 내식성이 요구되며, 알루민 동 합금인 Extra Super Duralmin이 적합하다.
크롬이 특수강의 재질에 미치는 가장 중요한 영향은?
정답 ② · 크롬이 특수강 재질에 미치는 가장 중요한 영향을 묻는 문제이다. 크롬은 강 표면에 치밀한 산화피막을 형성하여 부식에 대한 저항성, 즉 내식성을 크게 향상시키는 것이 가장 중요한 역할이다.
크롬은 강표면에 보호 산화막을 형성하여 부식에 대한 저항성, 즉 내식성을 크게 향상시키는 원소이다.
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