Изследване на метали и сплави: характеристики, описание и изисквания

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

Експертизата на метали се използва в съдебната практика, при разследване на причините за аварии, както и за вземане на отговорни технически решения при производството на различни предмети. Характеристика на металите и сплавите е, че те добре "запазват" параметрите на предишните състояния, възникнали под въздействието на външни фактори (механични натоварвания, термични ефекти и други). Това свойство ви позволява да зададете условията, които предхождат събитие и да идентифицирате причинно-следствена връзка.

Задачи

Всички задачи на металургичната експертиза могат да бъдат комбинирани в 3 големи групи:

• Класификация - определяне на принадлежността към всеки тип (вид метал или сплав, клас, обхват; находище, от което е извлечен материалът; съответствие с изискванията на чертежа и друга техническа документация).
• Идентификация на индивида: определяне на цялото на части (по признаци на елементен състав и структура, следи от обработка и други параметри), принадлежащи към обща производствена партида, установяванеизточник - оборудване или производител; група - идентифициране на идентични свойства на метали и сплави по определени характеристики (характерни примеси, кристална структура, механични свойства, естество на разрушаване, състояние на повърхността: окисляване, корозия, драскотини и др.).
• Диагностика: установяване на факта на взаимодействие с метална част, причините и особеностите на процеса на унищожаване, определяне на производствената технология, вида на устройствата, на които е изработен металният продукт, идентифициране на отклонения от изискванията на технически регламент.

Обекти

Следните микро- и макро-обекти могат да служат като обекти за изследване на метални изделия:

• стоманени части, заготовки, тел и проводници, метални маркучи, кабели, тръби;
• топене върху жици и други метални изделия;
• подробности за превозни средства и технологично оборудване, унищожени в резултат на произшествието;
• ножове (фабрични и домашни) и други остриета;
• фрагменти или части от взривни устройства;
• спойки;
• бижута, благородни метали и самородно злато;
• следи от метализация;
• домакински предмети.

Стъпки

Изследването на метали и сплави се извършва по следната схема за определяне на характеристики:

• материална природа (плътност, феромагнетизъм, цвят, твърдост, метален блясък, електрическа проводимост, взаимодействие с киселини);
• геометрични иконструктивни характеристики (размер, форма, наличие на метални и неметални покрития);
• производствена технология и оборудване;
• работни условия (износване, корозия и др.);
• характеристики на разрушаване (топене, деформация, ударни или статични натоварвания, ерозия, комбинация от няколко фактора);
• тип и обхват на класификация;
• микроструктура;
• физични и механични свойства, химичен състав.

В зависимост от това какви въпроси се задават преди изпита, зависи изграждането на методологията на изпита. Тъй като някои методи на изследване изискват унищожаване на обекта, който се изследва, е необходимо ясно да се установи целта на изследването.

Метална криминалистика

Съдебните експертизи се провеждат за решаване на следните най-често срещани проблеми:

• определяне на марката метал, от който е направено престъпното оръжие;
• идентифициране на вида злато - самородно или промишлено;
• наличие на метални частици върху друг обект;
• определяне автентичността на монета или медал, както и тяхната възраст;
• откриване на вида и продължителността на излагане на метала;
• причини за унищожаване на метална част или възел (за изготвяне на заключение в случай на извънредни ситуации, пожари);
• определяне на идентичността на частта и основната метална част/структура, както и метода, по който са разделени и други.

Оптична и сканираща микроскопия

Микроскопско изследване на повърхности се извършва в началния етап на металургичната експертиза. Изследването на метали и сплави разкрива особеностите, формирани в процеса на производство и експлоатация на части и възли. За извършване на тази работа се използват сканиращи и трансмисионни електронни микроскопи.

Един от видовете такова изследване е фрактографията - микроскопско изследване на повърхности на счупване за установяване на причинно-следствени връзки между признаци на увреждане и външни или вътрешни фактори, причинили разрушаването.

Изследване на химичния състав

Най-разпространеният метод за изследване на химичния състав на метали и сплави е емисионен спектрален анализ (ESA), който се основава на характеристиките на спектъра на излъчване на атоми на материята в оптичния обхват на електромагнитните вълни. Светлинната емисия се възбужда от искров разряд между изследвания метален обект и спомагателния електрод.

Този метод ви позволява да определите химичен елемент в присъствието на най-малкото му количество (до 10-4%), което се използва при анализа на следи от както метален, така и неметален контактен материал. Тази техника се използва и при изследване на качеството на метала за идентифициране на микропримеси, които не са регламентирани от техническите спецификации за производството на този обект.

Неразрушителни и класически методи за изследване

Ако трябва да се направи проучванебезразрушителен метод, тогава се извършва с помощта на рентгенов флуоресцентен анализ. Тази технология включва излагане на материала на рентгенови лъчи, които причиняват флуоресцентно излъчване в повърхностния слой. Всяко атомно число от периодичната система от химични елементи има своя собствена дължина на вълната. Тази техника помага да се определи както качествен, така и количествен състав.

Изследването на метали може да се извърши по класически начини. Те отнемат повече време и изискват значително количество проби. Тези методи включват:

• качествени химични реакции;
• колориметричен анализ;
• полярография;
• кондуктометрия (измерване на електрическата проводимост на разтворите) и други.

Изследване на микроструктурата

Структурната металография се използва за определяне на естеството и броя на фазите при изследване на цветни метали, стомана, чугун и други метали. Изследването се извършва по метода на прахова рентгенова дифракция. Пробата се смила на прах, към нея се насочва монохроматичен рентгенов лъч и се получава изображение под формата на пръстени върху фотографски филм, навит около изследвания обект. Наличието на определена текстура се разкрива от промяната в интензивността на линиите.

Специални рентгенови дифрактометри се използват за изследване на прахови рентгенови модели. Те могат да се използват и за получаване на информация за кристалната структура на метала. ATна практика това се използва за определяне на вида на топлинна обработка.

Определянето на фазовия състав е необходимо за идентифициране на общите параметри на частите на обекта, който се изследва. Такова проучване, например, ви позволява да получите информация за това какво е било първично - късо съединение или пожар (медни контакти), дали лампа с волфрамова нишка е изгоряла в момента на унищожаването й и да разрешите други проблеми.

За откриване на тънки филми от оксиди, карбиди, хлориди, сулфиди и други соли върху повърхността на метални изделия се използва метод на електронна дифракция. Тя се основава на дифракцията на поток от движещи се електрони, чиято дължина на вълната е по-къса от тази на рентгеновите лъчи. Анализът на метали и сплави се извършва във вакуумни електронно дифракционни машини, които също могат да произвеждат електронно-оптични изображения на сянка.

Механични свойства

За определяне на физичните и механичните свойства на металите и сплавите се използват следните методи за изпитване:

• за опън/компресия (определяне на якост на опън, еластичност, течливост и други характеристики);
• огъване;
• за твърдост и микротвърдост;
• нагряване за намиране на температурата на фазовите трансформации, топлопроводимост и линейно разширение.

Такива методи обикновено се използват в комбинация при разследване на причините за злополуките и разрушаването на метални части и възли.

Експертно мнение

След изследването на метали специалистът издава заключение, което съдържа следната информация:

• общи данни (заглавие на изследователската работа, начална и крайна дата, място на проверката, основание за нейното провеждане, информация за експерта, зададени въпроси);
• използвани методи и общи научни модели, въз основа на които е извършена работата;
• нормативни документи и други източници;
• данни, получени по време на изследването на обекта;
• заключения (или причини, поради които не може да се даде категоричен отговор).

Примери

Примерите за експертно мнение включват следното:

• разрушаването на частта е настъпило в резултат на действието на статично натоварване на огъване, действащо едновременно;
• отказът на монтажа е двустепенен: след еднократно динамично натоварване се образува пукнатина, която се увеличава с 80% в резултат на напрежения от умора; обектът се разделя на части под действието на статично натоварване на опън по протежение на зоната, отслабена от тази пукнатина;
• разрушаването на съда е настъпило по протежение на заваръчния шев, който е бил отслабен от дефект, получен по време на заваряване (липса на проникване на корена на шева), към момента на започване на работа обектът вече не е имал необходимата сила;
• разрушаването на конструкцията е моментално, чрез занитване, причината е въздействието на динамично натоварване, чиято стойност надвишава здравината, заложена в проектната документация.

От случаи на съдебна практика,илюстрирайки приложението на експертизата на метали, можем да цитираме следното: в тялото на убития е намерен метален фрагмент. Наложи се да се установи от кой от 3-те ножа е част. Спектрален анализ показа, че съставът на фрагмента съвпада с този на един от ножовете. Микроструктурата на металното парче се различава от всички остриета, но по време на изследването е доказано, че острието е заточено на електрическа мелница без охлаждане, в резултат на което са настъпили тези промени.

Лаборатории

Независимо изследване на метала може да се извърши от лаборатории с държавна акредитация. Удостоверението за акредитация трябва да посочва в коя област на дейност е получено разрешение за извършване на изследвания, методи за изпитване и нормативни документи, въз основа на които се извършват те, както и протокол от заседанието на комисията по акредитация.

В Московска област такива услуги се предоставят от Metall-Expertise, Междурегионалния център за експертиза и оценка (ICEA), Федерацията на съдебните експерти и други организации.