개념 한 쪽
재질 적합성 세트는 「용도에 필요한 성질 → 재료」 대응이 전부다. 절삭 공구는 고탄소강·고속도공구강, 기계 베드·프레임은 압축강도와 감쇠성이 큰 주철, 금형은 초경합금, 항공기 구조재는 초초두랄루민, 터빈 날개는 모네메탈, 정밀 계측기는 엘린바로 이어지는 매칭이 축이다.
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출제기준 단원 「재질 적합성」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 용도별 합금 선택 | 1 | 항공기 구조재로 적합한 합금 고르기 |
| 공구 재료 선택 | 1 | 톱날이나 줄에 알맞은 재료 고르기 |
| 구조물 재질 선택 | 1 | 기계 몸체에 알맞은 주철의 강점과 용도 |
공구 재료는 경도와 내마모성이 기준이다. 톱날·줄은 높은 경도와 탄성률이 필요하므로 탄소 함량이 높은 고탄소강이 적합하고, 황동·알루미늄은 경도가 낮으며 보통주철은 취성이 강해 부적합하다. 고속도공구강은 고속 절삭 때의 고온과 마모·충격을 견디는 고온경도·내마모성·내충격성이 요구되고 전연성은 무관하다. 세라믹 공구는 산화알루미늄(Al2O3)을 주성분으로 철과 친화력이 없고 열을 흡수하지 않아 공구를 과열시키지 않으므로 고속 정밀 가공에 적합하다.
구조물 재료는 하중의 성질이 기준이다. 주철은 인장강도는 낮으나 압축강도가 크고 감쇠성이 우수해 충격에는 약해도 공작기계의 베드·프레임·기계 구조물 몸체 같은 정적 하중 부위에 적합하다. 금형 재료는 고경도·내마모성·인성이 필요하고 결정입도가 미세할수록 기계적 성질이 우수한데, 입도가 크면 강도와 경도가 저하되어 금형 수명이 짧아진다. 경도와 내마모성이 요구되고 대량 생산에 적합한 소결합금은 텅스텐 카바이드 등 경질 입자를 코발트 결합제로 소결한 초경합금이다.
특수 용도 합금은 조성·물성으로 외운다. 항공기 구조재는 높은 비강도와 내식성이 요구되는 알루미늄 합금인 초초두랄루민(Extra Super Duralumin)이 적합하고, 네이발 황동은 해수용, 베릴륨 동은 스프링·전극용이다. Ni 60~70%에 구리를 첨가한 모네메탈은 내열·내식성이 우수해 터빈 날개·펌프 임펠러에 쓰이고, 엘린바는 온도가 변해도 탄성 계수가 거의 일정한 불변 탄성 특성으로 기계태엽·정밀계측기·다이얼 게이지에 적합하다. 콘스탄탄은 저항용 합금으로 구분한다.
출제 패턴은 세 가지다. ① 용도→재료 대입 — 「베드·프레임」 주철, 「톱날·줄」 고탄소강, 「항공기 구조재」 초초두랄루민, 「터빈 날개」 모네메탈, 「정밀계측기 태엽」 엘린바. ② 요구 성질 고르기 — 고속도공구강에서 「전연성」처럼 무관한 것을 고르는 유형. ③ 함정 — 「결정입도가 크면 유리」처럼 실제와 반대되는 선지, 「고속도강·탄소공구강」을 세라믭 용도에 섞는 선지가 단골 오답이다.
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.
다음 합금 중 톱날이나 줄의 재료로 가장 적합한 재료는 어느 것인가?
정답 ③ · 톱날이나 줄의 재료로 가장 적합한 합금을 고르는 문제이다. 톱날과 줄은 절삭 공구이므로 높은 경도와 내마모성이 필수적이며, 이를 위해서는 탄소 함량이 높은 고탄소강이 적합하다.
톱날과 줄은 높은 경도와 내마모성이 필요하므로, 탄소 함량이 높아 경도가 큰 고탄소강이 적합한 재료이다.
다음 중 충격에는 약하나 압축강도는 크므로 공작기계의 베드, 프레임, 기계 구조물의 몸체 등에 가장 적합한 재질은?
정답 ④ · 공작기계의 베드나 프레임에 적합한 재질의 특성을 묻는 문제이다. 주철은 인장강도와 충격 인성은 낮지만 압축강도가 크고, 진동 감쇠 능력이 우수하며 주조성이 좋아 복잡한 형상의 기계 몸체를 만들기에 적합하다.
주철은 압축강도가 크고 충격을 약하게 받아 베드나 프레임 등 정밀 기계 구조물에 적합하다.
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