문 01. 경도 시험 방법 중에서 압입자를 낙하시켰을 때 반발되어 튀어 올라오는 높이로 경도를 나타내는 방법은?
① 쇼어 경도(shore hardness)
② 비커스 경도(vickers hardness)
③ 로크웰 경도(rockwell hardness)
④ 브리넬 경도(brinell hardness)
①
<쇼어 경도, shore hardness>
쇼어경도는 압입체를 사용하지 않고, 작은 다이아몬드를 선단에 고정시킨 낙하체를 일정한 높이 $h_{0} $에서 시험편위에 낙하시켰을 때 반발하여 올라간 높이 h로 쇼어 경도를 표시한다. 또한 반복하여 시험할 때에는 위치를 바꾸어야 한다. 같은 장소에서 시험하면 경도값이 크게 나타난다. 쇼어 경도는 간편하여 널리 사용되지만 비교적 탄성률에 큰 차이가 없는 재료에 적당하며 경도치의 신뢰성이 높다. 그러나, 고무와 같은 탄성률의 차가 큰 재료에는 부적당하다.
<쇼어 경도의 특징>
- 측정자에 따라 오차가 발생할 수 있다.
- 재료에 흠을 내지 않는다.
- 주로 완성된 제품에 사용한다.
- 탄성률이 큰 차이가 없는 곳에 사용해야 한다.
- 탄성률 차이가 큰 재료에는 부적당하다.
- 경도치의 신뢰도가 높다.
<쇼어 경도의 산출식>
$\frac{10000}{65} \times \frac{h}{ h_{0} } $
문 02. 연삭 숫돌바퀴(grinding wheel)를 고속으로 회전시켜 공작물의 가공면을 미세하게 연삭 가공할 때, 사용하는 연삭 숫돌바퀴에 대한 다음 설명으로 옳은 것은?
① 연삭 숫돌바퀴의 3요소는 숫돌입자, 조직, 결합제이다.
② 연삭 숫돌바퀴의 조직(structure)은 결합제의 분자구조 상태를 나타낸 것이다.
③ A 24 P 4 B 로 표시된 연삭 숫돌바퀴에서 P는 결합제를 나타낸 것이다.
④ C계 숫돌바퀴는 주철, 황동 등 인장강도가 작은 재료의 연삭에 적합하다.
④
A(숫돌입자), 24(입도), P(결합도), 4(조직), B(결합제)
<산화알루미늄계, Al₂O₃>
- A(암갈색): 결합력이 강해서 연강, 강에 사용함
- WA(백색, 99.5%): 담금질강, 특수강(합금강), 고속도강
→ 상품명: 38일런덤, AA 알록사이트
<탄화규소계, SiC>
- C(흑색, 97%): 주철, 비철금속, 비금속, 유리의 연삭, 도자기, 고무
→ 상품명: 카보런덤, 37 크리스트론
- GC(녹색): 초경합금, 칠드주철연삭
<연삭 숫돌바퀴의 3요소>
숫돌입자, 결합제, 기공이다.
<조직, structure>
숫돌의 단위 용적당 입자의 양, 즉 입자의 조밀 상태(기공률의 대소)를 나타낸 것이다.
문 03. 다음 중 전기저항 용접법이 아닌 것은?
① 프로젝션 용접
② 심 용접
③ 테르밋 용접
④ 점 용접
③
<압접법의 종류: 전기저항용접>
- 겹치기: 점용접, 프로젝션용접, 심용접(점프심)
- 맞대기: 플래시용접, 방전충격용접, 업셋용접(풀방업)
<압접법의 종류: 기타>
- 냉간압접(cold welding), 마찰용접, 가스압접
<압접법의 종류: 단접>
- 열간압접(forge welding), 해머압접, 다이압접, 로울압접
문 04. 헬륨(He)이나 아르곤(Ar)과 같이 고온에서 금속과 반응을 하지 않는 불활성 가스 중에서 아크를 발생시키는 용접법인 불활성 가스 아크용접에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 용접 가능한 판의 두께 범위가 크며, 용접능률이 높다.
② 용제를 사용하여 균일한 용접을 할 수 있다.
③ 산화와 질화를 방지할 수 있다.
④ 철금속뿐만 아니라 비철금속 용접이 가능하다.
②
불활성 가스 아크 용접에서는 용제를 사용하지 않는다.
<피복제, flux>
용접용은 심선과 피복제(flux)로 구성되어 있다. 그리고 피복제의 종류는 가스 발생식, 반가스 발생식, 슬래그 생성식이 있다. 우선, 용접입열이 가해지면 피복제가 녹으면서 가스 연기가 발생하게 된다. 그리고 그 연기가 용접하고 있는 부분을 덮어 대기중으로부터의 산소와 질소로부터 차단해주는 역할을 한다. 따라서 산화물 또는 질화물이 발생하는 것을 방지해 준다. 또한, 대기 중으로부터 차단하여 용접 부분을 보호하고, 연기가 용접입열이 빠져나가는 것을 막아주어 용착금속의 냉각속도를 지연시켜 급랭을 방지해준다. 그리고 피복제가 녹아서 생긴 액체 상태의 물질을 용제라고 한다. 이 용제도 용접부를 덮어 대기중으로부터 보호하기 때문에 불순물이 용접부에 함유되는 것을 막아 용접 결함이 발생하는 것을 막아주게 된다. 불활성 가스 아크 용접은 아르곤과 헬륨을 용접하는 부분 주위에 공급하여 대기로부터 보호한다. 즉, 아르곤과 헬륨이 피복제의 역할을 하기 때문에 용제가 필요 없는 것이다. 용가제 = 용접봉과 같은 의미로 보면 된다.
<용접 피복제의 역할>
- 용융금속 중 산화물을 탈산하고 불순물을 제거하는 작용을 한다.
- 스패터를 적게 발생시키고, 아크의 발생과 유지를 안정되게 한다.
- 슬래그가 되어 용착금속의 급랭을 방지하여 조직을 좋게 한다.
- 용착금속의 흐름을 원활하게 하고, 용착금속을 보호한다.
- 용융금속의 용적을 미세화하여 용착효율을 높인다.
- 필요원소를 용착금속에 첨가시킨다.
- 수직이나 위보기 등의 어려운 자세를 쉽게 한다.
- 전기 절연 작용을 하고 용융금속의 유동성을 좋게 한다.
- 슬래그 박리성을 좋게 하고 파형이 고운 비드를 만든다.
- 용융금속의 응고와 냉각속도를 느리게 한다.
- 산화 및 질화를 방지하고 전기통전작용을 방지(억제)한다.
문 05. 표면경화 열처리 방법에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 침탄법은 저탄소강을 침탄제 속에 파묻고 가열하여 재료 표면에 탄소가 함유되도록 한다.
② 청화법은 산소 아세틸렌 불꽃으로 강의 표면만을 가열하고 중심부는 가열되지 않게 하고 급랭시키는 방법이다.
③ 질화법은 암모니아 가스 속에 강을 넣고 가열하여 강의 표면이 질소 성분을 함유하도록하여 경도를 높인다.
④ 고주파경화법은 탄소강 주위에 코일 형상을 만든 후 탄소강 표면에 와전류를 발생시킨다.
②
<청화법, cyaniding, cyanidation>
청화칼리, 청산소다 또는 페로시안화칼리 또는 페로시안화소다 등 시안화물을 사용하는 경화법으로, 목탄이나 골탄 등을 사용하는 고체 침탄법보다도 비교적 얕은 경화층을 간단히 만들고자 할 때 이용하는 방법이다. 산소 아세틸렌 불꽃으로 강의 표면만을 가열하고 중심부는 가열되지 않게 하고 급랭시키는 열처리방법은 화염경화법이다.
문 06. 다음 중 유압시스템에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 넓은 범위의 무단변속이 가능하다.
② 과부하 방지 및 원격조정이 가능하다.
③ 작은 동력으로 대동력 전달이 가능하며 전달 응답이 빠르다.
④ 에너지 손실이 작고 소음, 진동이 발생하지 않는다.
④
크레인, 덤프 트럭 이런애들 시끄럽다.
<유압장치의 장점>
- 힘과 속도 등 무단변속이 가능하고, 출력의 응답속도가 빠르다.
→ 시동, 정지, 역전, 변속, 가속 등의 제어가 간단하다.
- 출력당 소형경량으로 큰 힘을 내고, 원격조작이 가능하다.
- 공압에 비해 입력에 대한 출력의 응답속도가 빠르다.
→ 신호시에 응답이 빠르다. 즉, 고속추동성이 좋다.
- 전기적인 조작이 간단하고 수동·자동으로 조작할 수 있다.
- 속도나 방향의 제어가 용이하고, 토크 제어가 용이하다.
→ 최대 출력토크의 제한이 용이하고, 정·역회전이 가능하다.
- 각종 제어밸브에 의한 압력, 유량, 방향 등의 제어가 간단하다.
- 에너지의 축적이 가능하고 방청과 윤활이 자동적으로 이루어진다.
<유압장치의 단점>
- 공압에 비해 작동속도가 느리다.
- 온도의 영향을 쉽게 받고, 점도의 변화에 효율이 변한다.
- 작동유에 먼지가 침입되지 않도록 주의해야 한다.
- 에너지 손실이 크고, 화재의 우려가 있는 곳에서의 사용은 곤란하다.
- 전기회로에 비해 구성작업이 어렵다.
- 고압에서 누유의 위험이 있고 이물질에 의한 고장의 우려가 있다.
- 기름 속에 공기가 포함되면 압축성이 커져 장치의 동작이 불량해진다.
문 07. 각종 기계의 회전이나 동력을 전달하는 부분에 사용되는 기어(gear)에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?
① 모듈 m=4이고 잇수 $Z_{1} $=30, $Z_{2} $=45인 한 쌍의 평기어(spur gear)에서 두 축 사이의 중심거리는 300mm이다.
② 전위기어(profile shifted gear)는 표준기어에 비해 최소 잇수를 적게 할 수 있다.
③ 간섭이 일어나는 한 쌍의 기어를 회전시킬 때 발생하는 기어의 언더컷(under-cut)은 압력각이 클 때 발생하기 쉽다.
④ 페이스(face)기어는 베벨기어의 축을 엇갈리게 한 것으로서, 자동차의 차동 기어장치의 감속기어로 사용된다.
②
<하이포이드 기어, hypoid gear>
두 축이 나란하지도 교차하지도 않으며, 베벨 기어의 축을 엇갈리게 한 것으로, 자동차의 차동기어 장치의 감속기어로 사용되는 것이고 링 기어와 구동 피니언으로 구성된다.
<이의 간섭을 방지하기 위한 방법>
- 압력각을 20도 이상으로 크게 함
- 기어의 이 높이를 줄임
- 기어의 잇수를 한계잇수 이하로 감소
- 피니언의 잇수를 최소 잇수 이상으로 증가
- 기어 이끝면을 깎거나 피니언 이뿌리면을 파내어 치형을 수정
- 잇수비를 작게 함
- 스티브 기어를 사용
문 08. 수차의 유효낙차가 15m이고 유량이 6$m^{3} /min$일 때 수차의 최대 출력은 몇 마력[PS]인가? (단, 물의 비중량은 1,000$kgf/m^{3} $이다.)
① 20
② 50
③ 88
④ 100
①
<수차에 작용하는 동력>
$L= \gamma QH \eta (kgf·m/s)$
γ = 비중량, Q = 유량, H = 유효낙차, η = 효율
PS는 75, kW는 102로 나누자
<계산과정>
$L (PS) = \frac{1,000kgf/ m^{3} \times 6 m^3/min \times 15m \times 1}{75} \times \frac{1min}{60sec} $
문 09. 비중이 가벼운 금속부터 차례로 나열된 것은?
① 마그네슘 - 알루미늄 - 티타늄 - 니켈
② 알루미늄 - 니켈 - 티타늄 - 마그네슘
③ 알루미늄 - 마그네슘 - 티타늄 - 니켈
④ 니켈 - 마그네슘 - 알루미늄 - 티타늄
①
<경금속>
| 리튬(Li) | 0.53 | 나트륨(Na) | 0.97 | 마그네슘(Mg) | 1.74 |
| 베릴륨(Be) | 1.85 | 알루미늄(Al) | 2.7 | 티타늄(Ti) | 4.4~4.5 |
<중금속>
| 주석(Sn) | 5.8~7.2 | 바나듐(V) | 6.1 | 크롬(Cr) | 7.2 |
| 아연(Zn) | 7.14 | 망간(Mn) | 7.4 | 철(Fe) | 7.87 |
| 니켈(Ni) | 8.9 | 구리(Cu) | 8.96 | 몰리브덴(Mo) | 10.2 |
| 은(Ag) | 10.5 | 납(Pb) | 11.3 | 텅스텐(W) | 19 |
| 금(Au) | 19.3 | 백금(Pt) | 21 | 이리듐(Ir) | 22.41 |
| 오스뮴(Os) | 22.56 |
문 10. 역카르노사이클로 작동하는 냉동기의 증발기 온도가 250K, 응축기 온도가 350K일 때 냉동사이클의 성적계수는 얼마인가?
① 0.25
② 0.4
③ 2.5
④ 3.5
③
<역카르노 냉동기의 성적계수>
$COP= \frac{ T_{L} }{ T_{H} -T_{L} } $
문 11. 다음 중 금속의 결정 구조를 올바르게 연결한 것은?
① 알루미늄(Al) - 체심입방격자
② 금(Au) - 조밀육방격자
③ 크롬(Cr) - 체심입방격자
④ 마그네슘(Mg) - 면심입방격자
③
<체심입방격자, BCC, body-centered cubic>
입방체의 8개의 구석에 각 1개씩의 원자와 입방체의 중심에 1개의 원자가 있는 결정격자이며 가장 많이 볼 수 있는 구조의 하나이다.
- 모양 구조에서 가장 중심에 원자가 있는 것
- 용융점이 높고 강도는 크지만, 전·연성은 작다.
Na Li Ta MoWCrVBa αδ (BCC)
나 리 타 공항에 모스크바 모자쓴 아델이 비씨카드 선전한다.
<면심입방격자, FCC, face-centered cubic>
입방체에 있어서 8개의 꼭지점과 6개 면의 중심에 원자가 있는 단위격자로 된 결정격자이다.
- 면의 중심에 원자가 있는 것
- 강도는 작지만, 전·연성이 커서 가공성이 우수하다.
Ag Cu Au Al β-Co Ca Pb Ni γ-Fe Pt
은 구 금 알 코 카 (콜라) 납 니? 감철 백
<조밀육방격자, HCP, hexagonal-closed-packed>
정육각기둥의 각 위, 아랫면 꼭지점의 중심에, 정삼각기둥의 중심에 원자가 배열한 결정격자이다.
- 강도와 전연성이 나쁘고 가공성도 나쁘며 취성이 있다.
Co Mg Zn Ti Be Te La Zr α-Co Cd Ce
꼬 마 아 티셔츠 배에 테란 질럿잇다 알코잇니 키득세
<단위격자>
| 체심 | 면심 | 조밀 | 단순 | |
| 원자의 수 | 2 | 4 | 2 | 1 |
| 배위 수 (인접 원자수) |
8 | 12 | 12 | 6 |
| 충진율 | 68 | 74 | 74 | 52 |
문 12. 다음 중 금속을 연성이 큰 순서대로 나열한 것은?
① Al > Au > Cu > Fe > Pt
② Au > Al > Cu > Pt > Fe
③ Au > Cu > Al > Pt > Fe
④ Au > Al > Fe > Pt > Cu
②
<연성>
가래떡처럼 길게 잘 들어나는 성질
Au > Ag > Al > Cu > Pt > Pb > Zn > Fe > Ni
<전성>
얇고 넓게 잘 펴지는 성질로 가단성과 같은 의미이다.
Au > Ag > Pt > Al > Fe > Ni > Cu > Zn
문 13. 다음 중 산소-아세틸렌 용접을 통해 스테인리스강을 용접할 때, 적절한 산소와 아세틸렌의 비율(산소 : 아세틸렌)은?
① 2.0 : 1
② 1.5 : 1
③ 1.1 : 1
④ 0.9 : 1
④
<혼합비에 따른 불꽃종류와 용접 모재>
산소 = 아세틸렌: 중성불꽃, 일반적인 모재
산소 > 아세틸렌: 산화불꽃, 구리, 구리합금
산소 < 아세틸렌: 연강, 알루미늄, 스테인리스강
<산소-아세틸렌 용접, oxy-acetylene welding>
산소와 아세틸렌의 혼합 가스를 토치에 의해 연소시켜서(연소 온도 약 4,000℃) 금속의 이음부를 용융하고 용가제를 보충하면서 용접을 하는 방법이다. 연강이나 특수강 및 비철합금류의 용접에 널리 이용된다.
문 14. 인장강도란 무엇인가?
① 최대 항복응력
② 최대 공칭응력
③ 최대 진응력
④ 최대 전단응력
②
문 15. 아래 그림은 오토사이클의 T-S 선도를 나타낸다. 열효율을 바르게 나타낸 것은?
③
<오토 사이클의 효율>
$\eta = \frac{유효}{공급}= \frac{W}{Q}= \frac{공급-방출}{공급}= \frac{C_v(T_3-T_2)-C_v(T_4-T_1)}{C_v(T_3-T_2)} $
문 16. 축(세로)방향 단면적 A의 물체에 인장하중을 가하였을 때, 인장방향 변형률이 ε이면 단면적의 변화량은? (단, 이 물체의 포아송의 비는 0.5이다.)
① εA
② 2εA
③ 3εA
④ 4εA
①
<푸아송비를 이용한 단면 변화량>
$ \varepsilon _{A}= \frac{ \Delta A}{A} =2 \nu \varepsilon $
이브이
문 17. 기계요소 제작 시, 측정 정밀도가 우수한 삼침법(three wiremethod)과 오버핀법(over pin method)의 적용 범위로 옳은 것은?
삼침법 오버핀법
① 수나사의 피치 측정 기어의 이두께 측정
② 수나사의 피치 측정 기어의 압력각 측정
③ 수나사의 유효지름 측정 기어의 이두께 측정
④ 수나사의 유효지름 측정 기어의 압력각 측정
③
<삼침법, three wire inethod>
삼선법이라고도 하며, 지름이 같은 3개의 와이어를 나사산에 대고 와이어의 바깥쪽을 마이크로미터로 측정한다. 나사게이지와 같이 가장 정밀도가 높은 나사의 유효지름 측정에 쓰인다.
<오버핀법, over pin method>
기어의 이두께를 측정하는 방법이다. 오이두로 외우자.
문 18. 다음과 같은 호칭번호를 갖는 구름베어링에 대한 설명으로 옳은 것은?
① 안지름 17mm
② 초정밀급
③ 특별경하중형
④ 원통롤러형
④
<N202 P>
N: 원통 롤러 베어링(형식 기호)
2: 경하중(치수 계열 기호)
02: 안지름 15 mm(안지름 번호)
P: 정밀도 5급상당 정밀급(정밀도 등급)
<베어링 하중>
0, 1 특별 경하중
2 경하중
3 중간하중
4 고하중
<베어링 안지름>
00 10
01 12
02 15
03 17
<베어링의 틈새기호와 정밀도 등급>
- C1 < C2 < CN < C3 < C4 < C5
- 무기호 < P6X < P6 < P5 < P4 < P2
문 19. 나무토막의 절반이 물에 잠긴 채 떠 있다. 이 나무토막에 작용하는 부력과 중력에 관한 설명으로 옳은 것은?
① 부력에 비해 중력의 크기가 더 크다.
② 중력에 비해 부력의 크기가 더 크다.
③ 부력과 중력의 크기가 같다.
④ 알 수 없다.
③
<아르키메데스의 원리, Archimedes' principle>
물체를 유체에 넣었을 때 물체가 받는 부력의 크기는 물체의 부피와 같은 양의 유체에 작용하는 중력의 크기와 같다는 원리로 부력의 원리라고도 한다.
<부력>
물이나 공기 같은 유체에 잠긴 물체는 중력과 반대 방향인 위 방향으로 힘을 유체로부터 받게 되는데 이 힘을 부력이라 한다.
<물체의 부피>
$잠긴부피= \frac{물체의 비중}{액체의 비중} \times 100 $
문 20. 웨버수(Weber number)의 정의와 표면장력의 차원으로 옳은 것은? (단, 질량 M, 길이 L, 시간 T)
①
<표면장력의 단위>
N/m
<레이놀즈수>
층류와 난류를 구분해 주는 척도. 파이프, 잠수함, 관 유동 등의 역학적 상사에 적용
<프루드수>
자유 표면을 갖는 유동의 역학적 상사 시험에서 중요한 무차원 수. 수력 도약, 개수로, 배, 댐, 강에서의 모형 실험 등의 역학적 상사에 적용
<마하수>
풍동 실험의 압축성 유동에서 중요한 무차원 수
<웨버수>
물방울의 형성, 기체-액체 또는 비중이 서로 다른 액체-액체의 경계면, 표면 장력, 위어, 오리피스에서 중요한 무차원 수
<레이놀즈수와 마하수>
펌프나 송풍기 등 유체 기계의 역학적 상사에 적용하는 무차원 수
<그라쇼프수>
온도 차에 의한 부력이 속도 및 온도 분포에 미치는 영향을 나타내거나 자연 대류에 의한 전열 현상에 있어서 매우 중요한 무차원 수
<레일리수>
자연 대류에서 강도를 판별해 주거나 유체층 속에서 열대류가 일어나는지의 여부를 결정해 주는 매우 중요한 무차원 수
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