개념 한 쪽
표면처리와 열처리는 금속 재료의 사용 특성을 결정하는 중요한 공정이다. 표면처리는 내식성·마모성·표면 상태 개선을 목표로 하고, 열처리는 냉각 속도와 가열 조건에 따라 경도·인성·조직을 변화시켜 목적에 맞는 기계적 성질을 만든다.
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출제기준 단원 「표면처리 및 열처리」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 금속 밀도 순서 판별 | 1 | 주요 금속 기호들의 밀도 크기를 비교하여 올바른 순서를 고르는 능력을 묻나 |
| 주물사 구비조건 판별 | 1 | 주물사에 요구되는 성질과 열전달 특성의 적합성을 판단하는 능력을 묻나 |
| 다이캐스팅 합금 성질 판별 | 1 | 다이캐스팅 공정에 적합한 합금의 유동성·탈형성 여부를 가려내는 능력을 묻나 |
금속 재료의 기본 물성에는 밀도와 열팽창 계수, 내식성 등 주요 성질이 포함된다. 대표적인 밀도 순서는 마그네슘(Mg)이 가장 가볍고 철(Fe), 구리(Cu), 납(Pb)의 순으로 무거워진다는 점을 기억한다. 열팽창 계수는 알루미늄이 구리와 탄소강보다 크므로 설계 시 열변형을 고려해야 한다.
주물사와 주조 공정은 액체 상태의 금속을 주형에 주입하여 응고시키는 방식으로 성형을 이룬다. 주물사는 성형성과 통기성, 내화성, 이형성이 요구되며 열전달이 과도하면 급냉으로 인한 수축 또는 균열 결함이 발생할 수 있으므로 열전달 특성을 조절해야 한다.
다이캐스팅 공정에서는 용탕의 유동성·보급성·탈형성이 중요하다. 금형에 부착되는 성질은 바람직하지 않으므로 다이캐스팅용 합금은 금형에 잘 달라붙지 않고 유동성이 좋은 성질을 갖추어야 한다.
열처리 과정은 목적에 따라 구분된다. 불림은 가열 후 서서히 냉각하여 결정립을 미세화하고 조직을 균일하게 하여 인성을 향상시키는 공정이다. 담금질은 급냉으로 경도를 증가시키고, 뜨임은 담금질 후 취성을 줄이기 위해 저온에서 가열하며, 풀림은 경도를 낮추어 가공성을 좋게 하는 목적을 가진다.
크리프는 재료가 일정 온도에서 장시간 하중을 받을 때 서서히 변형되는 현상으로, 고온에서의 장기 신뢰성 평가에 중요한 개념이다. 연삭 공정에서는 로딩, 글레이징, 연삭 과열 및 균열 등이 결함으로 나타나며 절삭 가공의 이송 자국과 구별하여 판단해야 한다.
예 1: 주물사 선택 문제에서는 성형성·통기성·내화성·이형성을 기준으로 옳은 조건을 고르고, 열전달이 잘 되는 것을 틀린 조건으로 판단한다는 점을 적용하여 해결한다.
예 2: 열처리 유형 판별 문제에서는 '서냉으로 결정립 미세화'라는 문구가 보이면 불림을 고르고, '급냉으로 경도 증가'라는 문구가 보이면 담금질을 선택하여 해결한다.
다음 중 재료기호가 밀도가 작은 것부터 큰 것의 순서대로 올바르게 나열된 것은?
정답 ① · 문제는 재료기호를 밀도 작은 것부터 큰 것 순서로 나열한 보기 중 옳은 것을 찾는 것이다. 대표적 밀도 값은 Mg ≈1.74, Fe≈7.87, Cu≈8.96, Pb≈11.34이므로 Mg가 가장 작고 Pb가 가장 크다.
밀도 순서는 Mg(1.74) < Fe(7.87) < Cu(8.96) < Pb(11.34)이므로 Fe＜Cu＜Pb가 옳다.
다음 중 주물에 사용되는 주물사의 구비 조건으로 틀린 것은?
정답 ③ · 문항은 주물사에 요구되는 조건들 중 틀린 것을 묻고 있다. 주물사는 화학적으로 안정하고 내화성이 크며 성형성과 통기성이 좋아야 하고 주형에서의 탈형성이 원활해야 한다.
다이캐스팅용 알루미늄 합금의 요구 성질 중 틀린 것은?
정답 ② · 문제는 다이캐스팅용 알루미늄 합금에 요구되는 성질 중 부적절한 항목을 찾는 문제이다. 다이캐스팅 공정에서는 용탕이 금형에 잘 붙지 않고 쉽게 이탈해야 하므로 ‘금형에 잘 부착되어야 한다’는 요구는 잘못된 설명이다.
다이캐스팅 용탕은 금형에 부착되지 않고 쉽게 분리되어야 하므로 부착성은 요구되지 않는다.
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