01. 금속에 대한 설명으로 옳은 것은?
① 광택이 있고 빛을 잘 반사하며 가공성과 성형성이 우수하다.
② 두 종류 이상의 금속이 혼합할 때에는 용융점이 높아진다.
③ 모든 금속은 상온에서 고체이며 고상에서 결정구조를 갖는다.
④ 모든 금속은 응고 시 수축하며 이온화하면 양(+)이온이 된다.
①
<금속의 특징>
- 수은을 제외하고 상온에서 고체이며 고체 상태에서 결정구조를 갖는다.
- 광택이 있고 빛을 잘 반사하며 가공성과 성형성이 우수하다.
- 연성과 전성이 우수하며 가공하기 쉬우며 자유전자가 있다.
→ 때문에 열전도율과 전기전도율이 좋다.
- 열과 전기의 양도체이며 비중과 경도가 크며 용융점이 높은 편이다.
- 열처리를 하여 기계적 성질을 변화시킬 수 있다.
- 이온화하면 양(+)이온이 된다.
- 대부분의 금속은 응고 시 수축한다.
- 단, 비스뮤트(Bi, 창연)와 안티몬(Sb)은 응고 시 팽창한다.
<합금의 특징>
- 강도, 경도, 내식성, 내산성, 내열성, 전기저항, 열처리성 등이 커진다.
- 담금질 효과 및 주조성이 향상되며 용접성을 좋게 한다.
- 연성·전성, 용융점, 단면수축률 등이 감소한다.
- 전기전도율 및 열전도율이 낮아진다.
- 여러 가지 금속의 원소를 혼합하기 때문에 열처리 성질이 우수하다.
- 결정립의 성장을 방지하여 일정한 성질을 가질 수 있다.
- 두 종류 이상의 결정입자가 혼합할 때에는 내식성이 나빠진다.
02. 금속재료에 외력을 가했을 때 미끄럼이 일어나는 과정에서 생긴 국부적인 격자배열의 선결함은?
① 원자(atom)
② 전자(electron)
③ 쌍정(twin)
④ 전위(dislocation)
④
<전위, dislocation>
금속의 결정격자는 규칙적으로 배열되어 있는 것이 정상이지만 불완전하거나 결함이 있을 때 외력이 작용하면 불완전한 곳이나 결함이 있는 곳에서부터 이동이 생기게 되는데 이를 전위라 한다. 금속재료에 외력을 가했을 때 미끄럼이 일어나는 과정에서 생긴 국부적인 격자배열의 선결함이다.
<금속결정의 격자결함의 종류>
점결함: 공공(vacancy), 프렌켈, 쇼트키, 침입
선결함: 전위(dislocation)
면결함: 결정립계, 상경계, 쌍정(twin)
부피결함: 수축공, 미세균열, 개재물 편석, 기공(void)
03. 공정반응에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?
① 응고 시 일정한 온도에서 액체로부터 두 종류의 금속이 일정한 비율로 동시에 석출되어 나오는 반응이다.
② 일정한 온도에서 하나의 고용체로부터 두 종류의 고체가 일정한 비율로 동시에 석출되어 나오는 반응이다.
③ 응고 시 일정한 온도에서 액체로부터 두 종류의 금속이 일정한 비율로 동시에 정출되어 나오는 반응이다.
④ 가열할 때 하나의 고상이 하나의 액상과 다른 하나의 고상으로 바뀌고, 냉각할 때 역반응이 일어난다.
③
<공정 반응, eutectic reaction>
2개의 성분금속이 용융되어 있는 상태에서는 서로 융합되어 균일한 액체를 형성하고 있으나 응고시 일정한 온도에서 액체로부터 두 종류의 성분금속이 일정한 비율로서 동시에 정출하여 나온 혼합조직을 형성할 때의 반응을 말하며 이때의 결정을 공정이라 한다. 공정점에서는 4.3%C 이며, 레데뷰라이트 조직이다.
04. 알루미늄은 용접성이 낮은 금속인데, 그 이유로 옳지 않은 것은?
① 산화알루미늄의 용융점이 낮아 용접부의 물성을 저하시키기 때문이다.
② 열팡챙계수가 커서 변형이 잘 일어나기 때문이다.
③ 응고할 때 수소 가스가 표면으로 부유하지 못하고 주상정 및 결정립 계면에 잔류하게 되어 기공이 발생하기 때문이다.
④ 열전도도가 커서 열집중이 잘 안 되어 금방 식어버리기 때문이다.
①
<알루미늄의 용접성이 낮은 이유>
- 열팡챙계수가 커서 변형이 잘 일어나기 때문이다.
- 응고할 때 수소 가스가 표면으로 부유하지 못한다.
→ 주상정 및 결정립 계면에 잔류하게 되어 기공이 발생한다.
- 열전도도가 커서 열집중이 잘 안 되어 금방 식어버리기 때문이다.
→ 온도 차이로 인해 용접부의 물성을 저하시킨다.
- 산화알루미늄이 공존하면, 용융점 차이로 인해 물성이 저하될 수 있다.
→ 용접 전에 전처리가 중요하며, 산화알루미늄을 제거하기 위해 질산으로 세척을 하기도 한다.
05. 봉에 무게 1kN의 하중이 작용하여 허용응력에 도달하였다. 이 봉재의 인장강도가 500MPa, 안전율이 5일 때, 단면적은?
① 1mm²
② 2mm²
③ 5mm²
④ 10mm²
④
<안전율>
$S= \frac{ \sigma _{u}}{ \sigma _{a} } $
06. 피치원지름 240mm인 기어 A가 있다. 기어 B의 모듈이 6, 피치원지름이 60mm 일 때, 두 기어가 맞물리게 되는 기어 A와 기어 B의 축간거리는?
① 100
② 200
③ 300
④ 400
③
<기어의 피치원지름> <기어의 이끝원지름>
$D=mZ$ (비무장지대) $D=m(Z+2)$
<이의 크기> <이 끝 높이> <이 두께>
$h=2.25m$ $h=m$ $t= \frac{m \pi }{2} $
<원주피치> <법선피치>
$p=m \pi $ $p=m \pi cos \alpha $
07. 지름이 240mm이고, 회전수가 500rpm인 풀리에 체결된 벨트의 속도는 몇 m/s인가? (단, π = 3으로 계산하고, 벨트와 풀리 사이의 미끄러짐은 없으며, 벨트의 두께는 무시한다.)
① 5
② 6
③ 7
④ 8
②
<벨트의 원주속도>
$v = \frac{ \pi DN}{60 \times 1,000}$
v: 원주속도(m/s), D: 지름(mm), N: rpm(rev/min)
08. 다음 중 직경 0.5mm 이하의 철사를 가공하려 할 때, 가장 적합한 제작 공법은?
① 압연(rolling)
② 인발(drawing)
③ 전조(roll forming)
④ 압출(extrusion)
②
<압연, rolling>
회전하는 한쌍의 롤러(roller) 사이로 재료를 통과시키며, 압축하중을 가하여 두께를 줄이고 단면의 형상을 변형시켜 각종 판재, 봉재, 단면재를 생산하는 가공법이다.
<인발, drawing>
다이(die) 내의 테이퍼 구멍으로 소재를 잡아당겨서 테이퍼 구멍과 동일한 단면의 봉재, 관재, 선재를 제작하는 가공법이다. 여기서 선재인발은 지름이 6mm 이하의 얇은 선재에 적용하는 인발이다.
<전조, roll forming>
다이스 사이에 소재를 끼워 소성변형시켜 원하는 모양을 만드는 가공 방법으로 나사나 기어를 만드는데 사용하는 공정 방법
<압출, extrusion>
단면이 균일한 봉이나 관 등을 제조하는 공정 방법(가래떡 제조기)
09. 연강, 스테인리스강 및 알루미늄과 같은 연한 재료를 절삭할 때, 날 끝에 칩이 달라붙어 마치 절삭날의 역할을 하는 현상으로 울퉁불퉁하고 표면을 거칠게 하거나 동력손실을 유발하는 현상은?
① 구성인선(built up edge)
② 가공경화(work hardening)
③ 채터링(chattering)
④ 치핑(chipping)
①
<구성인선, built up edge>
날 끝에 칩이 달라붙어 마치 절삭날의 역할을 하는 현상. 울퉁불퉁하고 표면을 거칠게 하거나 동력손실을 유발한다.
<구성인선의 특징>
- 고속으로 절삭하면 칩이 날 끝에 용착되기 전에 칩이 떨어져나간다.
- 절삭깊이가 작으면 그만큼 날끝과 칩의 접촉면적이 작아진다.
→ 칩이 날 끝에 용착될 확률이 적어진다.
- 윗면경사각이 커야 칩이 윗면에 충돌하여 붙기 전에 떨어져 나간다.
- 구성인선의 끝단 반경은 실제공구의 끝단 반경보다 크다.
→ 칩이 용착되어 날 끝의 둥근 부분, 노즈가 커지기 때문이다.
- 일감의 변형경화지수가 클수록 구성인선의 발생 가능성이 커진다.
- 구성인선의 경도값은 공작물이나 정상적인 칩보다 훨씬 크다.
- 구성인선은 발생 → 성장 → 분열 → 탈락의 과정을 거친다.
- 구성인선은 공구면을 덮어서 공구면을 보호하는 역할도 할 수 있다.
- 구성인선을 이용한 절삭방법은 SWC이다.
→ 은백색의 칩을 띄며, 절삭저항을 줄일 수 있는 방법이다.
<구성인선의 방지법>
- 120m/min 이상으로 절삭속도를 크게 할 것(절삭저항 감소)
- 30° 이상으로 경사각(상면각)을 크게 할 것
- 칩과 바이트 사이에 윤활성이 좋은 절삭유를 사용할 것
- 공구의 인선을 예리하게 할 것
- 절입량과 회전당 이송을 줄일 것
- 절삭깊이를 작게 하고, 인선반경(공구반경)을 줄일 것
- 마찰계수가 작은 공구를 사용할 것
10. 다음 중 동시공학에 의한 생산방식에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?
① 디자인, 제품 검증, 시제품 제작의 과정을 따라 진행하는 생산 방식이다.
② 사용자가 안전하도록 설계·제작하기 위한 생산 방식이다.
③ 생산주기를 줄이면서 품질을 높이기 위한 목적으로 도입된 생산방식이다.
④ 체계적인 분석을 통하여 불필요한 기능을 제거하고 동시에 필요한 기능을 더욱 개선하는 방식이다.
③
<순차적공학, sequential engineering>
디자인, 제품 검증, 시제품 제작의 과정을 따라 진행하여 제품을 최종적으로 완성한다.
<인간공학, Human Factors Engineering>
해부학, 생리학, 심리학 따위와 같이 인간과 관련된 여러 학문 분야를 연구하여 인간이 다루는 기구·기계·설비 따위를 인간에게 알맞고 안전하게 설계·제작하기 위하여 연구하는 학문이다.
<가치공학, value engineering>
체계적인 분석을 통하여 불필요한 기능을 제거하고 동시에 필요한 기능을 더욱 개선하는 방식이다.
11. 센서에서 측정한 수치를 다른 양으로 변환시키기 위해 필요한 장치로서, 컴퓨터에 연결하여 사용한다. 이 장치는 무엇인가?
① LED
② 액추에이터
③ 간섭기
④ AD 컨버터
④
12. 아래 그림과 같은 ㄷ 모양 유압기기에 기름이 담겨있다. A₂/A₁ = 100, F₁ = 1kN 일 때 F₂은 몇 N인가?
① 1
② 10
③ 100
④ 1,000
③
<파스칼의 원리, Pascal's principle>
밀폐 용기의 유체에 가한 압력은 모든 방향에서 같은 세기로 전달된다.
13. 두 개의 스위치가 동시에 닫혀야 작동하는 금형 프레스를 논리 게이트를 이용하여 구성하려고 할 때 어떤 것을 이용하여야 하는가?
① OR 게이트
② NOR 게이트
③ AND 게이트
④ NAND 게이트
③
14. 기계나 기구 등의 속에 들어 있는 기름의 높이를 보여 주는 기구를 나타내는 기호는?
②
① 체크밸브
② 유면계
③ 필터
④ 압력계
15. 담금질 후 급랭 속도가 탄소 확산을 방해할 정도로 급속히 일어날 때 발생하며, 생성되는 여러 미세조직 중 가장 단단하고 강하지만 취성이 크며 거의 연성이 없는 이 조직은?
① 페라이트
② 펄라이트
③ 오스테나이트
④ 마텐자이트
④
<마텐자이트, martensite>
강을 고온의 오스테나이트 상태에서 담금질하였을 때 얻어지는 매우 단단하고 가늘고 치밀한 침상 조직이다. 이름의 유래는 독일 철강학자 A 마르텐스의 이름을 딴 것이다. 마텐자이트 변태가 시작되는 온도는 탄소량에 의해 결정되므로 마텐자이트 온도라 하는데, 마텐자이트 변태는 이 온도 이하로 떨어질수록 진척되며, 다시 가열해도 원상태로 돌아오지 않는다. 그러나 일정 온도 이하가 되면 오스테나이트에서 마텐자이트로의 변화가 일어나지 않게 된다. 이 온도를 $ M_{f} $점이라고 한다. 탄소량 0.3%인 강에서는 $ M_{s} $점이 약 3,500℃이고, 탄소량이 많아지고 합금원소가 가해지면 $ M_{s} $점은 낮아진다. 마텐자이트 변태의 메커니즘은 무확산 변태과정이며 경도가 높은 이유는 가는 침상결정 속의 전위밀도가 매우 높기 때문이다.
16. 기체를 수천 이상의 고온에 가열할 때 그 중에 가스원자가 원자핵과 전자에 유리하여 음양의 이온 상태가 되는 것을 이용한 아크 불꽃을 이용하며, 작은 틈새로부터 고속도로 분출시킴으로써 얻을 수 있는 화염을 이용하는 용접법은?
① 점 용접
② 플라스마 용접
③ 마찰교반 용접
④ 산소-아세틸렌 용접
②
<플라스마 아크 가공법, plasma arc machining>
대기압 근처의 극히 고온의 플라스마(plasma: 전자와 이온이 같은 수로 안정 공존하고 있는 상태)를 이용한 가공법이다. 작동 가스는 주로 아르곤에 주소 또는 헬륨을 혼입한 것으로 텅스텐 전극과 노즐 내면과의 사이에 아크를 방전시켜 작동 가스를 고온 플라스마화 해서 플라스마 제트로써 공작물에 방사한다. 비금속재료에도 적용되고 용단이나 용사에 이용된다. 금속재료(양도체)의 공작물을 양극으로 하고 음극과의 사이에 아크 방전시켜 작동 가스는 노즐 속을 흘러서 플라스마 아크로서 분출한다.
17. 아래의 표는 인장시험 결과표이다. 공칭응력(nominal stress)과 진응력(true stress)을 구하면?
| 공칭응력 | 진응력 | |
| ① | 2Mpa | 1Mpa |
| ② | 1Mpa | 2Mpa |
| ③ | 2Kpa | 1Kpa |
| ④ | 1Kpa | 2Kpa |
②
<공칭응력, nominal stress>
재료에 작용하는 하중을 원래의 단면적으로 나눈 응력
<진응력, true stress>
재료에 작용하는 하중을 변화된 단면적으로 나눈 응력
18. 아래 그림은 2:3의 비율을 가진 Ni-Cu 합금의 전율 고용체 상태도를 나타낸 것이다. 1,500℃의 액상 A점에서 1,300℃로 낮췄을 때 석출되는 Ni과 Cu의 무게비는 어떻게 되는가?
① 1:4
② 2:3
③ 3:2
④ 4:1
③
<레버선도를 이용한 무게비 계산>
Ni과 Cu의 비율은 2:3으로 A점에서 액상으로 섞여있다. 여기서 1,300℃로 낮추었을 경우 고상과 액상이 공존하게 된다. 다시 말해, 타원 내부의 영역이 고상과 액상이 공존하는 영역이라는 것이다. 석출되는 고상에서의 Ni과 Cu의 무게비를 구하는 것이 문제에서 요구하는 답이다. 레버선도를 이용하여 1,300℃, Ni이 40%인 지점에서의 무게비를 구해야 한다. 레버선도는 닮을을 이용한 원리인데, 우선 전체 길이를 조사해보면 1,300℃에서 고상선과의 교점은 20의 값을 가지고, 액상선과의 교점은 약 70의 값을 가지는 것을 알 수 있다. 이를 이용하여 우선 $ \frac{40-20}{70-20} $의 식을 세울 수 있는데, 분모의 의미는 공액선의 총 길이, 즉 석출되는 Ni과 Cu의 총 무게비이며, 분자의 의미는 석출되는 Cu의 무게비이다. 이때 왜 분자가 Ni의 무게비가 아닌지 생각이 들 수 있다. 상백분율을 구할 때는 구하고자 하는 길이의 반대쪽을 구해야하기 때문이다. 조심해야 한다. 따라서 $ \frac{20}{50} $이 석출되는 Cu의 무게비이며, 같은 원리로 $ \frac{70-40}{70-20}$=$\frac{30}{50} $이 석출되는 Ni의 무게비이다. 따라서 1,300℃에서 석출되는 Ni과 Cu의 무게비는 3:2가 된다.
19. 정사각형 평판이 아래 그림과 같이 힘을 받아 변형하였을 때, x-y 평면에서 전단변형률 γ는?
① 90° - α
② 90° - β
③ α
④ α + β
①
20. 아래 그림과 같이 응력 σ₀가 작용하는 물체를 시계방향으로 45° 회전했을 때 전단응력 $ \tau _{xy} $를 구하면?
① 0.5σ₀
② σ₀
③ 2σ₀
④ 3σ₀
①
21. 응력과 변형률의 관계를 설명하는 법칙으로 적절한 것은?
① 후크의 법칙
② 생베낭의 법칙
③ 바우싱거 효과
④ 카스틸리아노 법칙
①
<생베낭의 법칙, Sanit-Venant's principle>
실제로 어떤 부재에 하중이 작용할 때는 집중하중으로 주어지는 경우가 대부분이다. 분포하중이 아니고 어떤 부분에 집중적으로 작용하였으니, 그 부분이 받는 응력이 가장 커야한다. 하지만 이 효과는 국부적이며, 하중에서 멀어질수록(하중에서 충분히 떨어진 단면에는) 이 응력집중의 효과가 감소하여, 하중이 일정하게 분포한다고 간주할 수 있다. 이를 생베낭의 법칙이라고 한다.
22. 고열원 온도가 Tₕ이고 저열원 온도가 27℃인 카르노 열기관이 존재한다. 저열원으로부터 측정한 열량이 30kW이고 열기관의 수행목표 또한 30kW이다. 고열원의 온도는? (켈빈온도는 섭씨온도에 273을 더한다.)
① 127℃
② 227℃
③ 327℃
④ 427℃
③
23. 다음 중 가스터빈 엔진의 가장 기본이 되는 열역학적 사이클은?
① 오토(otto) 사이클
② 디젤(diesel) 사이클
③ 랭킨(rankine) 사이클
④ 브레이튼(brayton) 사이클
④
<오토 사이클, otto cycle>
- 가솔린 기관의 이상 사이클
- 2개의 정적과정 + 2개의 단열과정
- 단열압축 → 정적가열 → 단열팽창 → 정적방열
- 단정단정 압가팽방
<디젤 사이클, diesel cycle>
- 2개의 단열과정, 1개의 정압과정, 1개의 정적과정
- 등엔트로피 압축과 팽창과정을 하나씩 가진다.
- 저속디젤기관의 이상 사이클
- 흡입 → 단열압축 → 정압가열 → 단열팽창 → 정적방열 → 배기
- 고속디젤기관의 이상 사이클은 사바테사이클
<랭킨 사이클, rankine cycle>
- 증기원동소의 이상사이클, 화력발전소 기본 사이클
- 2개의 정압과정 + 2개의 단열과정
- 단열팽창이 일어나 팽창일을 만들어내는 곳은 터빈이다.
- 터빈은 열에너지를 기계에너지로 변환한다.
- 보일러 → 터빈 → 복수기 → 펌프
- 정압가열 → 단열팽창 → 정압방열 → 단열압축
- 보터복펌 정단정단 가팽방압
<브레이튼 사이클, brayton cycle>
- 2개의 정압과정, 2개의 단열과정
- 가스터빈(GT)의 이상사이클
24. 아래 그림과 같이 a-b-c-d-a 경로일 때 W의 일을 한다. a-b'-c-d-a 경로로 일을 할 때 2W의 일을 한다면, b'의 압력과 부피는?
| P | V | |
| ① | 4 | 7 |
| ② | 4 | 8 |
| ③ | 5 | 7 |
| ④ | 5 | 8 |
④
<P-V 선도>
P-V 선도에서는 면적이 일임을 이용하여 구한다. 그림이 조금 이상하지만, 실제 기출된 그림이며, 그림 모양이 이상하다고 쫄지 말고 공부한대로 풀도록 한다.
25. 다음 중 억지끼워맞춤인 것은?
① H6/p6
② H6/h6
③ H6/g6
④ H6/f6
①
26. 다음 중 원의 중심선을 나타낼 때 사용하는 선은 무슨 선인가?
① 가는 실선
② 가는 파선
③ 가는 1점 쇄선
④ 가는 2점 쇄선
③
<가는 1점 쇄선 - 중심선, 기준선, 피치선>
움직이는 부분의 궤적 중심을 나타내기 위하여 사용
<가는 2점 쇄선 - 가상선, 무게중심선>
- 가공 전후의 모양 표시
- 인접 부분을 참고로 표시
- 도시된 단면의 앞쪽에 있는 부분을 표시
<가는 실선 - 지시선, 치수선, 치수보조선, 골지름, 파단선>
각종 기호나 지시 사항을 기입하기 위하여 사용
<가는 파선>
숨은선
<굵은 실선 - 외형선>
대상물의 보이는 부분인 외형 윤곽을 나타내기 위하여 사용
<굵은 1점 쇄선>
특별한 요구 사항을 적용할 범위를 나타내기 위하여 사용
27. 아래 그림이 나타내는 치수는?
① 호의 각도
② 현의 길이
③ 호의 길이
④ 호의 반지름
②
28. 유효 숫자가 두 개인 것은?
① 0.03
② 1.0
③ 406
④ 66.01
②
29. 다음 중 알려지지 않은 위험을 파악하는데 용이하고, 비교적 빠르게 결과 도출이 가능한 위험성 평가법은?
① 공정위험분석(Process Hazard Review, PHR)
② 원인결과분석(Cause Consequence Analysis, CCA)
③ 예측위험평가(Predictive Hazard Evaluation, PHE)
④ 작업안정평가(Job Safety Analysis, JSA)
③
<공정위험분석, Process Hazard Review, PHR>
공정위험성 평가는 공정에 있어서 위험기계 또는 위험물질에 대한 유해 및 위험요인을 찾아내고 그 유해 및 위험요인이 사고로 발전할 수 있는 가능성을 최소화하기 위한 대책을 수립하는 것이다.
<원인결과분석, Cause Consequence Analysis, CCA>
가능한 사고 결과와 이러한 사고의 근본원인을 알아내는 방법
<예측위험평가, Predictive Hazard Evaluation, PHE>
알려지지 않은 위험을 파악하는데 용이하고, 비교적 빠르게 결과 도출이 가능한 위험성 평가법
<작업안정평가, Job Safety Analysis, JSA>
특정한 작업을 주요단계로 구분하여 각 단계별 유해위험요인과 잠재적인 사고를 파악하고 이를 제거, 최소화 또는 예방하기 위한 대책을 개발하기 위해 작업을 연구하는 방법을 말한다.
30. 근로자가 작업 업무상 재해를 입은 경우 산업재해 조사표를 작성하여 기관에 제출해야 한다. 이때 어느 기관에 제출해야 하는가?
① 관할 지역 환경청
② 관할 지역 산림청
③ 관할 지역 행정복지센터
④ 관할 지역 고용노동부
④
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