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시험에 자주 나오는 기계재료 문제 해설 본문

기술지식/재료금속열처리

시험에 자주 나오는 기계재료 문제 해설

노구라 2010.07.20 09:12

Ⅰ. 기계재료

1.금속의 공통적 성질(★★)

①실온에서 고체며, 결정체(Hg 제외)

②빛을 반사, 금속고유의 광택

③가공이 용이, 연, 전성이 큼

④열, 전기의 양도체

⑤비중이 크고, 경도 및 용융점이 높다.

2. 금속의 성질 분류(★★)

-물리적 성질

①비중: 같은 부피를 갖는 물과 물체의 비율=물질의 단위 용적의 무게와 표준물질 (4℃의 물)의 무게와의 비

②용융점: 고체가 액체로 변화하는 온도점

③열전도율: 거리 1cm에 대하여 1℃의 온도차가 있을때 1cm²의 단면을 통해 1초간에 전해지는 열량, 열전도율이 좋은 금속은 은>구리>백금>알루미늄

④전기 전도율: 은>구리>백금>알루미늄>마그네슘>아연>니켈>철>납>안티몬

☞전기전도율의 순서를 묻는 문제도 출제 됐었습니다.

-기계적 성질

①항복점: 금속재료의 인장시험에서 하중을 증가시키면 응력의 증가나 변형이 급격히 증가하는 점에 이르게 됨

연성: 길게 늘어나는 성질 (연성이 좋은순서:Au>Ag>Al>Cu)

전성: 얇은 판을 넓게 만들 수 있는 성질 퍼지는성질

인성: 굽힘이나 비틀림 작용을 반복하여 가할 때 이 외력에 저항하는 성질

⑤인장강도: 인장시험에서 인장하중을 시험편 평행부의 원단면적으로 나눈 값

취성: 약간의 변형에도 견디지 못하고 파괴되는 성질(깨지고 부서지는 성질)

⑦가공경화: 금속이 가공에 의하여 강도, 경도가 커지고 연율이 감소되는성질

⑧강도: 물체가 외력에 저항할수 있는힘

⑨경도: 단단함의 정도

⑩가단성: 전성과 같음

⑪피로: 재료에 인장과 압축하중의 힘을 연속적으로 되풀이 하면 파괴되는 현상

☞여기선 금속의 물리적 성질과 기계적 성질을 분류할줄 알아야하며, 각 용어의 뜻을 잘알아두어야 합니다.

3. 각 금속의 비중(가장 무거운 것) 수치

마그네슘(Mg)=1.74, 알루미늄(Al)=2.69, 티탄(Ti)=4.5, 크롬(Cr)=7.19, 철(Fe)=7.87 구리(Cu)=8.93, 납(Pb)=11.36, 수은(Ag)=13.59, 금(Au)=19.32

☞각 금속들의 보기를 들어 가장 비중이 큰것이나 낮은 것을 고르는 문제가 기출된적이 있습니다. 순서별로 외워두세요.

4. 정적시험

최대하중/원단면적=P/A(Kg/mm²)

시험후 늘어난 길이/표점거리=l-lo/lo*100(%)

5. 경도시험기(★)

종류

브리넬 경도

비커스 경도

로크웰 경도

쇼어 경도

기호

HB

Hv

HR

Hs

원리

강구의 자국크기로 경도를 조사

136 〫다이아몬드 홈 깊이로 측정

120 〫다이아몬드 홈 깊이로 측정

추를 일정 높이에서 낙하시켜 측정

☞경도시험기 에서는 종류의 원리와 괄호안의 기호등도 외우셔야합니다. 기출문제

6. 결정격자 비교(★)

-체심입방 격자: Fe, Cr, W, Mo, V, Li, Na, Ta, K

-면심입방 격자: Al, Ag, Au, Fe, (r), Cu, Pb, Ni, Pt, Ca, Rh, Ce, Th

☞체심입방과 면심입방 격자의 원소들을 구분하세요.

체심입방

면심입방

체심입방

7. 금속의 변태(★★)

768℃ 910℃ 1400℃ 1530℃

A2변태점 A3변태점 A4변태점 용융점

-동소 변태: 고체 내에서 원자 배열이 변하는 것.(Fe, Co, Ti, SN)

-자기 변태: 원자 배열은 변화가 없고, 자성만 변하는 것.(Fe, Ni, Co)

☞문) 순철의 A2자기변태점은?

각변태에 속하는 원소와 위그림과 관련한 온도와 변태점의 위치등을 외워두시면 문제를 응용하시기 쉽습니다

8. 소성변형 가공 원리

①슬립: 결정내의 일정면이 미끄럼을 일으켜 이동

②쌍정: 결정의 위치가 어떤 면을 경계로 대칭으로 변함

③전위: 결정내의 불완전한 곳, 결함이 있는 곳에서부터 이동이 생기는 것

☞용어문제가 기출됐었습니다.

9. 가공방법

-냉간 가공을 하는 이유: 치수정밀, 매끈한 표면을 얻기 때문.

-가공경화: 가공도의 증가에 따라 내부응력이 증가되어 경도 강고가 커지고 연신율이 작아지는 현상.(예 철사를 구부렸다 폈다 반복했을때 잘라지는 현상)

-시효 경화: 가공이 끝난 후 시간이 지나면서 단단한 현상이 일어나는 것(두랄루민, 강철,황동)

-피니싱 온도: 열간가공이 끝나는 온도

10. 철강의 분류

-강: 아공석강(0.85%C 이하),공석강(0.85%C), 과공석강(0.85~1.7%C)

-주철: 아공정주철(1.7~4.3%C), 공정주철(4.3%C), 과공정주철(4.3%C이상)

11. 강괴의 종류(★)

①림드강: Fe-Mn으로 불완전탈강

②킬드강: Fe-Si, Al등으로 완전탈산시킨 강.

-헤어 크랙:H₂가스에 의해 머리칼 모양으로 미세하게 갈라진 균열.

③세미 킬드강: Al으로 림드와 킬드의 중산탈산, 용접 구조물에 많이사용, 기포나 편석이 없다.

탈산재의 종류(Mn, Si, Al)(★)

킬드강과 세미킬드강이 많이 기출됐었습니다. 강의 특징과 용어등 외우시고 탈산재 종류 꼭 외우세요.

12. 강의 표준조직

①페라이트(α): α철이 녹아있는 순철에 가까운 조직, 매우연하고 체심입방격자 조직

②시멘타이트(Fe₃C): 고온강에서 생성된 탄화철, 경도. 취성↑, C6.68%함유, 단단하고 잘 부서짐

③펄라이트(α+Fe₃C): 726℃에서 오스테나이트가 페라이트와 시멘타이트가 변태한 것으로 탄소함유량은 0.85%경도는 페라이트 보다 크며, 자성이 있다. 페라이트+시멘타이트

④오스테나이트(): 면심입방 격자

⑤라데뷰라이트(+Fe₃C): 오스테나이트+시멘타이트

⑥페라이트(δ): 체심입방 격자

☞강의 특성과 괄호안의 조직들의 각 기호를 외워두세요. 과거 기출됐던 문제입니다.

13. 탄소강 중에 함유된 성분

①Mn: 강도, 경도, 인성, 점성, 담금질성↑, 연성감소, 황(S)의 해를 제거

②P: 강도, 경도, 연신율↓, 편석발생, 결정립 거칠며, 냉간가공↑

③Cu: 부식성, 균열 발생증가

④C: 강도, 경도↑, 인성, 전성, 충격값↓, 담금질 효과, 냉간가공성↓

⑤H₂: 헤어크랙 발생

☞탄소강에 함유됐을 때 발생하는 원소의 특징이 기출됐습니다. 밑줄 친 부분이중요합니다.(S↔Mn)반대

14. 메짐의 종류

-청열메짐: 강이 200~300℃ 가열되면 경도, 강도가 최대로 되고, 연신율, 단면수축이 줄어들어 메지게 됨

-적열메짐: 황이 많은 강으로 메짐이 발생(고온 900℃이상)위13번과 연결해서 참고-->Mn을 첨가해서 방지

-저온메짐: 상온이하로 내려갈수록 경도, 인장강도는 증가하나 연신율이 감소되어 여리고 약해지며 잘깨짐

☞메짐의 종류에 대한 설명문제가 기출

15. 일반 열처리

담금질: 강의 강도와 경도를 증가시킬 목적으로 가열후 급냉시킴.

-담금질 조직

‧마텐자이트: 수냉으로 얻어짐, 조직중 경도 최대, 부식에 강함.

Ms(start)점, Mf(fisnish):마텐자이트 변태의 시작점과 끝점 ☞용어 기출된적 있음

‧트루스타이트: 유냉으로 얻어짐, 마텐자이트보다 경도는 낮은나 강인성, 부식에 약함

‧소르바이트: 트루스타이트보다 냉각이 느릴때 얻어짐, 경도적고, 강도, 탄성이 요구되는 스프링등에 사용

‧오스테나이트: 냉각속도가 지나치게 빠름

☞각 조직의 경도 순서: 시멘타이트>마텐자이트>트루스타이트>소르바이트>펄라이트>오스테나이트>페라이트(100)

뜨임: 담금질후 강을 A₁변태점 이하로 가열후 냉각시켜 취성을 제거후 경도를 떨어뜨려 강인성을 증가 내부응력 제거와 인성을 개선할 목적으로 담금질후 가공

불림: 결정 조직의 균일화(표준화), 가공재료의 내부응력 제거

풀림: 재질의 연화, 가공전의 연한 상태로 만드는 것

☞열처리들의 개념 구분

16. 표면 경화법

①침탄법

②질화법: NH₃(암모니아)가스를 이용

③청화법

④금속침투법(★★): 강표면에 다른금속을 침투시킴

세라다이징

Zn침투

실리코나이징

Si침투

크로마이징

Cr침투

보로나이징

B의 침투

칼로라이징

Al침투

☞질화법과 금속침투법에 어떠한 원소를 침투 시켰는지 출제됐었습니다.

17. 특수강에 미치는 원소의 영향

①Ni: 강인성, 내식, 내마멸성↑

②Si: 내열성↑, 전자기적 특성

③Mn: 내마멸성 증가. S의 메짐 방지

④Cr: 경도, 인장강도, 내열성, 내식성, 내마멸성↑

⑤W: 고온강도, 경도↑

⑥Mo: W의 두배, 뜨임메짐방지, 담금질↑

⑦V: 경화성↑

18. 합금강의 특성

①경정입자 성장 방지

②고온에서 기계적 성질 저하방지

③기계적 성질 우수

④내식, 내마명성 우수

⑤담금질성 우수

⑥단접 밑 용접 우수

⑦전자기적 성질 우수

19. 구조용 특수강 중 강인강

①Ni강(1.5~5% Ni첨가): 펄라이트 조직, 자경성, 강인성

②Cr강(1~2% Cr첨가): 상온에서 펄라이트조직, 자경성, 내마모성 목적

③Ni-Cr강(Ni+Cr1%이하첨가):850℃담금질, 600℃에서 EM임하여 솔바이트 조직얻어 EM임취성 방지 뜨임취성 방지제(W, Mo, V), 동력전달제품 사용

④Ni-Cr-Mo강: 가장우수한 구조용강(SNC+Mo 0.15~0.3%)내열성, 담금질성 증가, 뜨임취성 감소

⑤Cr-Mo강: 값이싸다. Ni대신 Mo1/10첨가

⑥Cr-Mn-Si강: 차축에 사용, 값이싸다.

⑦Mn강: 내마멸성, 경도가 큼, 광산기계, 레일교차점, 칠드롤러, 불도저 앞판에 사용

20. 공구용 합금강의 종류

①합금공구강(STS): 고온경도 개선 Cr, W, Mo, V첨가

②고속도강(SKH)

(★★)표준형 고속도강: 18W-4Cr-1V

③주조경질합금

대표적인 주조경질합금: 스텔라이트는 Co-Cr-W, Co가 주성분

④초경랍금: 금속탄화물을 프레스로 성형, 소결시킨 합금, 분말야금 합금.

종류: WC, TiC, TaC(결합재: Co분말)

⑤세라믹공구: 알루미나(Al₂O₃)를 주성분

☞이 부분도 자주 출제되는 부분이므로 각 합금의 주성분들을 특히 잘외워두세요

21. 불변강(★)

인바: Ni 36%, 줄자, 시계추, 정밀기계 부품으로 사용, 길이 불변

②초인바: Ni 29~40%, Co5% 이하

엘린바: Ni 36%, Cr 12%, 시계부품, 지진계, 정밀계측기 부품으로 사용

④고엘린바: 엘린바에 Co첨가

⑤피멀로이: Ni 75~80% 장하코일용

⑥플레티나이트: Ni 42~46%, Cr 18%의 Fe-Ni-Co합금, 전구, 진공관 도선용

☞불변강은 말그대로 변하지 않는다는 거줘, 각 불변강의 쓰임새를 잘 알아두세요.

22. 특수 합금 주철에 함유된 원고의 영향

①Ni: 흑연화촉진

②Ti: 소량일 때 흑연화촉진, 다량일 때 흑영화방지, 강탈산제

③Cr: 흑연화 방지, 탄화물안정, 내열 내식성 향상

④Mo: 흑연화 다소 방지, 두꺼운 주물의 조직을 미세, 균일하게 함

⑤V: 강력한 흑연화 방지(흑연의 미세화)

☞흑연화 촉진제: Si, Ni, Ti, Al 흑연화 방지제: Mo, S, Cr, V, Mn

23. 특수합금주철: 특수 원소의 첨가로 기계적 성지을 개선(★)

①구상 흑연주철: 용융상태에서 Mg, Ce, Mg-Cu등을 첨가

②칠드(냉경)주철: 용융상태에서 금형에 주입하여 접촉면을 백주철로 만든 것

-용도: 각종 용도의 롤러, 기차바퀴, 분쇄기

③가단주철: 백주철을 풀림처리하여 탈탄 EH는 흑연화에 의하여 가단성을 준 것

-백심가단주철(WMC): 탈탄의 주목적, 산화철(탈탄제)을 기하여 950℃에서 70~100시간 가열

-흑심가단주철(BMC): He₃C의 흑연화가 목적

④미하나이트주철: 바탕조직이 펄라이트로 내마멸성이 요구되는 공작기계의 안내면과 강도를 요하는 기관의 실린더로 쓰임

24. 구리합금의 종류: 황동(Cu+Zn) 청동(Cu+Sn)

☞구리에 주석과 아연을 섞었을때 황동인지 청동인지 구분하세요.꼭(★★)

25. 황동(Cu-Zn)의 종류(★★)

①Zn의 함유량: 30%: 7.3황동 연신율 최대, 사온가공성 양호, 가공성을 목적

②관련용어(★)

‧자연균열: 냉간가공에 의한 내부 응력이 공기 중의 NH₃(암모니아), 염류로 인하여 입간부식을 일으켜 균열이 발생하는 현상

방지책: 도금법, 저온플림(200~300℃, 20~30분간)

‧탈아연현상: 해수에 침식되어 Zn이 용해 부식되는 현상, ZnCl이 원인(방지책:Zn편을 연결)

‧경년 변화: 상온가공한 황동 스프링이 사용 시간의 경과와 더불어 스프링 특성을 잃는 현상

③특수 황동

‧연황동-6.4황동+Pb1.5~3%, 적삭성 개량, 대량 생산, 정밀가공품에 사용.

‧주석황동- 내식성 목적(Zn의 산화, 탈아연방지)+Sn 1%

-애드 미럴티 황동:7.3황동+Sn 1%, 콘덴서 튜브 사용

-네이벌 황동: 6.3황동+Sn 1%, 선박기계 사용

‧철황동(델타메탈): 6.4황동+Fe 1~2%, 강도, 내식성 우수(광산, 선박, 화학기계에 사용)

④양은(★★):7.3황동+Ni 15~20%, 주단조 가능, 양백, 백동, 니켈, 청동. 은대용품 사용,

전기 저항선, 스프링 재료, 바이메탈용으로 쓰임.

26. 청동(Cu-Sn)(★★)

포금: 유연성, 내식, 내수압성 좋음. Cu+Sn10%+Zn2%

②특수 청동

‧인청동: Cu+Sn9%+P0.35%

‧두랄플렉스: 5%Sn의 인청동, 성형성, 강도좋음

켈밋: Cu+Pb30~40% 열전도, 압축강도큼, 고속 고하중 베어링에 사용

‧Al 청동: Cu+Al8~12%

오일레스 베어링: Cu+Sn+흑연분말

☞25번과 26번의 청동과 황동의 종류중 함유량이나 TM임새에 관한 문제들이 나옵니다.

27. 알루미늄 합금

-주조용

①Al-Cu계 합금: Cu 8% 첨가, 주조성, 절삭성 좋음, 고온메짐, 수축균열

실루민: Al-Si계 합금, 주조성 좋음, 절삭성 나쁨

하이드로날륨: Al-Mg(12%이하)계 합금

④라우탈: Al-Cu-Si계 합금, Si첨가로 주조성 향상, Cu 첨가로 절삭성 항상

Y합금: Al(92.5%)-Cu(4%)-Ni(2%)-Mg(1.5%) 고온강도큼, 내연기관 실린더-단련용

두랄루민: 주성분 Al-Cu-Mg-Mn

⑦초두랄루민: 두랄루민에 Mg증가, Si감소, 시효경화루 인장강도 50kg/㎟ 이상, 항공가구, 리벳재 사용

☞알루미늄 합금의 이름들이 많은데요 이것들의 용도와 주성분을 알아두세요 밑줄친 부분들은 많이 나왔던 기출문제들입니다

쉽게외우는법: Y합금의 경우 첨가원소는 ‘알구니마‘ 두랄루인은 ’알구마망‘ 이렇게 외우세요

28. 마그네슘 합금

①다우메탈: Mg-Al계 합금, Al 2~8.5%첨가, 주조성, 단조성

②알렉트론: Mg-Al-Zn계 합금

Al이 많은 것은 고온내식성 향상

Al+Zn이 많은 것은 주조용, 내열성 큼. 내연기관의 피스톤

29. 화이트메탈: 백색합금, Sn을 주성분, 저속회전부에 쓰임

Sn-Cu-Sb-Zn합금

☞함유성분도 중요합니다. 과거 기출문제

★-중요 ★★-자주나옴 ★★★-무조건 나오는 부분

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