Skúmanie kovov a zliatin: vlastnosti, popis a požiadavky

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Znalosť kovov sa využíva v súdnej praxi, pri vyšetrovaní príčin nehôd, ako aj pri zodpovedných technických rozhodnutiach pri výrobe rôznych predmetov. Charakteristickým znakom kovov a zliatin je, že si dobre „zachovajú“parametre predchádzajúcich stavov, ktoré vznikli pod vplyvom vonkajších faktorov (mechanické zaťaženie, tepelné účinky a iné). Táto vlastnosť vám umožňuje nastaviť podmienky, ktoré predchádzajú udalosti a identifikovať príčinnú súvislosť.

Úlohy

Všetky úlohy metalurgickej expertízy možno spojiť do 3 veľkých skupín:

• Klasifikácia - určenie príslušnosti k akémukoľvek typu (druh kovu alebo zliatiny, trieda, rozsah; ložisko, z ktorého bol materiál vyťažený; súlad s požiadavkami výkresovej a inej technickej dokumentácie).
• Identifikácia jednotlivca: určenie celku po častiach (podľa znakov elementárneho zloženia a štruktúry, stôp spracovania a iných parametrov), patriacich do spoločnej výrobnej šarže, zakladajúcizdroj - zariadenie alebo výrobca; skupina - identifikácia identických vlastností kovov a zliatin podľa jednotlivých znakov (charakteristické nečistoty, kryštálová štruktúra, mechanické vlastnosti, povaha deštrukcie, stav povrchu: oxidácia, korózia, škrabance atď.).
• Diagnostika: stanovenie skutočnosti interakcie s kovovou časťou, príčiny a vlastnosti procesu zničenia, určenie výrobnej technológie, typu zariadení, na ktorých bol kovový výrobok vyrobený, identifikácia odchýlok od požiadaviek technický predpis.

Objects

Nasledovné mikro- a makropredmety môžu slúžiť ako objekty skúmania kovových výrobkov:

• oceľové diely, polotovary, drôty a drôty, kovové hadice, káble, potrubia;
• tavenie na drôtoch a iných kovových výrobkoch;
• detaily vozidiel a technologických zariadení zničených v dôsledku nehody;
• nože (továrenské a domáce) a iné ostré zbrane;
• úlomky alebo časti výbušných zariadení;
• spájky;
• šperky, drahé kovy a prírodné zlato;
• stopy po metalizácii;
• potreby do domácnosti.

Kroky

Skúmanie kovov a zliatin sa vykonáva podľa nasledujúcej schémy na určenie charakteristík:

• povaha materiálu (hustota, feromagnetizmus, farba, tvrdosť, kovový lesk, elektrická vodivosť, interakcia s kyselinami);
• geometrické adizajnové prvky (veľkosť, tvar, prítomnosť kovových a nekovových povlakov);
• výrobná technológia a vybavenie;
• prevádzkové podmienky (opotrebenie, korózia atď.);
• funkcie deštrukcie (tavenie, deformácia, nárazové alebo statické zaťaženie, erózia, kombinácia viacerých faktorov);
• typ a rozsah klasifikácie;
• mikroštruktúra;
• fyzikálne a mechanické vlastnosti, chemické zloženie.

V závislosti od toho, aké otázky sú položené pred vyšetrením, závisí konštrukcia metodiky vyšetrenia. Keďže niektoré metódy štúdia vyžadujú zničenie skúmaného objektu, je potrebné jasne stanoviť účel štúdie.

Metal Forensics

Forenzné vyšetrenia sa vykonávajú s cieľom vyriešiť tieto najbežnejšie problémy:

• určenie značky kovu, z ktorého bola vyrobená zločinecká zbraň;
• identifikácia typu zlata – pôvodného alebo priemyselného;
• prítomnosť kovových častíc na inom predmete;
• určenie pravosti mince alebo medaily, ako aj ich vek;
• detekcia typu a trvania expozície kovu;
• dôvody zničenia kovovej časti alebo zostavy (na vypracovanie záveru v prípade núdze, požiaru);
• určenie identity časti a hlavnej kovovej časti/štruktúry, ako aj spôsob, akým boli oddelené a iné.

Optická a skenovacia mikroskopia

Mikroskopické vyšetrenie povrchov sa vykonáva v počiatočnom štádiu metalurgickej expertízy. Skúmanie kovov a zliatin odhaľuje znaky vytvorené v procese výroby a prevádzky dielov a zostáv. Na vykonanie tejto práce sa používajú skenovacie a transmisné elektrónové mikroskopy.

Jedným z typov takéhoto vyšetrenia je fraktografia – mikroskopická štúdia povrchov lomov na stanovenie príčinno-následkových vzťahov medzi známkami poškodenia a vonkajšími alebo vnútornými faktormi, ktoré spôsobili deštrukciu.

Výskum chemického zloženia

Najbežnejšou metódou na štúdium chemického zloženia kovov a zliatin je emisná spektrálna analýza (ESA), ktorá je založená na vlastnostiach emisného spektra atómov hmoty v optickom rozsahu elektromagnetických vĺn. Emisia svetla je excitovaná iskrovým výbojom medzi skúmaným kovovým predmetom a pomocnou elektródou.

Táto metóda vám umožňuje určiť chemický prvok v prítomnosti jeho najmenšieho množstva (do 10-4 %), ktoré sa používa pri analýze stopových množstiev na kovový aj nekovový kontaktný materiál. Táto technika sa používa aj pri skúmaní kvality kovu na identifikáciu mikronečistôt, ktoré nie sú regulované technickými špecifikáciami na výrobu tohto predmetu.

Nedeštruktívne a klasické metódy výskumu

Ak je potrebné vykonať prieskumnedeštruktívnou metódou, potom sa to robí pomocou röntgenovej fluorescenčnej analýzy. Táto technológia zahŕňa vystavenie materiálu röntgenovému žiareniu, ktoré spôsobuje fluorescenčné žiarenie v povrchovej vrstve. Každé atómové číslo periodického systému chemických prvkov má svoju vlnovú dĺžku. Táto technika pomáha určiť kvalitatívne aj kvantitatívne zloženie.

Skúmanie kovov je možné vykonávať klasickými spôsobmi. Trvajú dlhšie a vyžadujú značné množstvo vzoriek. Tieto metódy zahŕňajú:

• kvalitatívne chemické reakcie;
• kolorimetrická analýza;
• polarografia;
• konduktometria (meranie elektrickej vodivosti roztokov) a iné.

Výskum mikroštruktúr

Štrukturálna metalografia sa používa na určenie charakteru a počtu fáz pri skúmaní neželezných kovov, ocele, liatiny a iných kovov. Štúdia sa uskutočňuje metódou práškovej rôntgenovej difrakcie. Vzorka sa rozomelie na prášok, nasmeruje sa na ňu monochromatický röntgenový lúč a získa sa obraz vo forme prstencov na fotografickom filme navinutom okolo skúmaného objektu. Prítomnosť určitej textúry sa prejavuje zmenou intenzity čiar.

Na štúdium práškových röntgenových vzorov sa používajú špeciálne röntgenové difraktometre. Môžu byť tiež použité na získanie informácií o kryštálovej štruktúre kovu. ATv praxi sa to používa na určenie typu tepelného spracovania.

Určenie fázového zloženia je potrebné na identifikáciu všeobecných parametrov častí skúmaného objektu. Takáto štúdia vám napríklad umožňuje získať informácie o tom, čo bolo primárne - skrat alebo požiar (medené kontakty), či lampa s volfrámovým vláknom horela v čase jej zničenia a vyriešiť ďalšie problémy.

Na detekciu tenkých vrstiev oxidov, karbidov, chloridov, sulfidov a iných solí na povrchu kovových výrobkov sa používa metóda elektrónovej difrakcie. Je založená na difrakcii prúdu pohybujúcich sa elektrónov, ktorých vlnová dĺžka je kratšia ako vlnová dĺžka röntgenového žiarenia. Analýza kovov a zliatin sa vykonáva vo vákuových elektrónových difrakčných zariadeniach, ktoré dokážu vytvárať aj elektrónovo-optické tieňové obrazy.

Mechanické vlastnosti

Na stanovenie fyzikálnych a mechanických vlastností kovov a zliatin sa používajú nasledujúce skúšobné metódy:

• pre ťah/tlak (určenie pevnosti v ťahu, elasticity, prietoku a iných charakteristík);
• bending;
• pre tvrdosť a mikrotvrdosť;
• zahrievanie na zistenie teploty fázových premien, tepelnej vodivosti a lineárnej rozťažnosti.

Takéto metódy sa zvyčajne používajú v kombinácii pri vyšetrovaní príčin nehôd a zničení kovových častí a zostáv.

Názor odborníka

Po preskúmaní kovov odborník vydá záver, ktorý obsahuje nasledujúce informácie:

• všeobecné údaje (názov výskumnej práce, dátum začiatku a konca, miesto vyšetrenia, dôvody na jeho vykonanie, informácie o odborníkovi, položené otázky);
• použité metódy a všeobecné vedecké vzory, na základe ktorých bola práca vykonaná;
• normatívne dokumenty a iné zdroje;
• údaje získané počas štúdia objektu;
• závery (alebo dôvody, prečo nemožno dať jednoznačnú odpoveď).

Príklady

Príklady znaleckého posudku zahŕňajú:

• zničenie dielu nastalo v dôsledku pôsobenia statického ohybového zaťaženia pôsobiaceho súčasne;
• porucha montáže bola dvojstupňová: po jedinom dynamickom zaťažení vznikla trhlina, ktorá sa v dôsledku únavových napätí zväčšila o 80%; objekt je rozdelený na časti pôsobením statického ťahového zaťaženia pozdĺž oblasti oslabenej touto trhlinou;
• k deštrukcii nádoby došlo pozdĺž zvaru, ktorý bol oslabený defektom získaným pri zváraní (nedostatok prieniku koreňa švu), v čase spustenia prevádzky už objekt nemal potrebnú silu;
• porucha konštrukcie bola okamžitá, nitovaním, dôvodom je vplyv dynamického zaťaženia, ktorého hodnota presahuje pevnosť stanovenú v projektovej dokumentácii.

Z prípadov súdnej praxe,ilustrujúcu aplikáciu skúmania kovov môžeme uviesť nasledovné: v tele zavraždeného sa našiel kovový úlomok. Bolo potrebné zistiť, ktorého z 3 nožov je súčasťou. Spektrálna analýza ukázala, že zloženie fragmentu sa zhodovalo so zložením jedného z nožov. Mikroštruktúra kusu kovu sa líšila od všetkých čepelí, ale pri skúmaní sa dokázalo, že čepeľ bola nabrúsená na elektrickej brúske bez chladenia, v dôsledku čoho došlo k týmto zmenám.

Laboratóriá

Nezávislú skúšku kovu môžu vykonávať laboratóriá so štátnou akreditáciou. V osvedčení o akreditácii musí byť uvedené, v ktorej oblasti činnosti bolo získané povolenie vykonávať výskum, skúšobné metódy a regulačné dokumenty, na základe ktorých sa vykonávajú, ako aj zápisnica zo zasadnutia akreditačnej komisie.

V Moskovskom regióne takéto služby poskytuje Metall-Expertise, Medziregionálne centrum pre expertízu a hodnotenie (ICEA), Federácia forenzných expertov a ďalšie organizácie.