Fémek és ötvözetek vizsgálata: jellemzők, leírás és követelmények

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

A fémek szakértelmét a bírói gyakorlatban, a balesetek okainak felderítésében, valamint a különféle tárgyak gyártásánál felelős műszaki döntések meghozatalában használják fel. A fémek és ötvözetek jellemzője, hogy jól "megőrzik" az előző állapotok paramétereit, amelyek külső tényezők (mechanikai terhelések, hőhatások és mások) hatására keletkeztek. Ez a tulajdonság lehetővé teszi az eseményt megelőző feltételek beállítását és az ok-okozati összefüggés azonosítását.

Feladatok

A kohászati szakértelem összes feladata 3 nagy csoportba sorolható:

• Osztályozás - bármely típushoz való tartozás meghatározása (fém vagy ötvözet típusa, minősége, terjedelme; lerakódás, amelyből az anyagot kivonták; a rajz és egyéb műszaki dokumentáció követelményeinek való megfelelés).
• Azonosító egyed: az egész részenkénti meghatározása (elemi összetétel és szerkezet jelei, feldolgozási nyomok és egyéb paraméterek alapján), közös gyártási tételhez való tartozás, megállapításforrás - berendezés vagy gyártó; csoport - fémek és ötvözetek azonos tulajdonságainak azonosítása sajátos jellemzők alapján (jellegzetes szennyeződések, kristályszerkezet, mechanikai tulajdonságok, roncsolás jellege, felületi állapot: oxidáció, korrózió, karcolások stb.).
• Diagnosztika: a fém résszel való kölcsönhatás tényének, a megsemmisítési folyamat okainak és jellemzőinek megállapítása, a gyártástechnológia meghatározása, a fémterméket használt eszközök típusának meghatározása, az előírásoktól való eltérések azonosítása műszaki előírás.

Objects

A fémtermékek vizsgálatának tárgyaként a következő mikro- és makrotárgyak szolgálhatnak:

• acél alkatrészek, nyersdarabok, huzalok és vezetékek, fémtömlők, kábelek, csövek;
• olvadás huzalokon és egyéb fémtermékeken;
• a baleset következtében megsemmisült járművek és technológiai berendezések adatai;
• kések (gyári és házi készítésű) és egyéb élű fegyverek;
• robbanószerkezetek töredékei vagy részei;
• forrasztók;
• ékszerek, nemesfémek és natív arany;
• fémezési nyomok;
• háztartási cikkek.

Lépések

A fémek és ötvözetek vizsgálata a következő jellemzők meghatározására szolgáló séma szerint történik:

• anyag jellege (sűrűség, ferromágnesesség, szín, keménység, fémes csillogás, elektromos vezetőképesség, kölcsönhatás savakkal);
• geometriai éstervezési jellemzők (méret, forma, fémes és nem fémes bevonatok jelenléte);
• gyártási technológia és berendezések;
• üzemi feltételek (kopás, korrózió stb.);
• roncsolási jellemzők (olvadás, deformáció, lökés vagy statikus terhelés, erózió, több tényező kombinációja);
• osztályozás típusa és hatálya;
• mikrostruktúra;
• fizikai és mechanikai tulajdonságok, kémiai összetétel.

Attól függően, hogy milyen kérdéseket tesznek fel a vizsga előtt, a vizsgálati módszertan felépítése függ. Mivel egyes vizsgálati módszerek megkövetelik a vizsgált tárgy megsemmisítését, világosan meg kell határozni a vizsgálat célját.

Metal Forensics

Az igazságügyi orvosszakértői vizsgálatokat a következő leggyakoribb problémák megoldására végzik:

• a fém márkájának meghatározása, amelyből a bűnügyi fegyver készült;
• az arany típusának azonosítása – őshonos vagy ipari;
• fémrészecskék jelenléte egy másik tárgyon;
• érme vagy érem hitelességének, valamint korának meghatározása;
• a fémnek való kitettség típusának és időtartamának kimutatása;
• a fém alkatrész vagy szerelvény megsemmisülésének okai (vészhelyzetek, tűzesetek esetén következtetés levonása);
• az alkatrész és a fő fémrész/szerkezet azonosságának meghatározása, valamint az elválasztás módszere és egyebek.

Optikai és pásztázó mikroszkópia

A felületek mikroszkópos vizsgálata a kohászati szakértelem kezdeti szakaszában történik. A fémek és ötvözetek vizsgálata feltárja az alkatrészek és szerelvények gyártási és üzemeltetési folyamatában kialakult sajátosságokat. A munka elvégzéséhez pásztázó és transzmissziós elektronmikroszkópokat használnak.

Az ilyen vizsgálatok egyik fajtája a fraktográfia – a törésfelületek mikroszkópos vizsgálata a károsodás jelei és a pusztulást okozó külső vagy belső tényezők közötti ok-okozati összefüggés megállapítására.

Kémiai összetétel-kutatás

A fémek és ötvözetek kémiai összetételének tanulmányozásának legelterjedtebb módszere az emissziós spektrális analízis (ESA), amely az elektromágneses hullámok optikai tartományában lévő anyagatomok emissziós spektrumának jellemzőin alapul. A fénykibocsátást a vizsgált fémtárgy és a segédelektróda közötti szikrakisülés gerjeszti.

Ez a módszer lehetővé teszi egy kémiai elem meghatározását a legkisebb mennyiségének jelenlétében (legfeljebb 10-4%), amelyet a nyomelemek elemzésére használnak. fémes és nem fémes érintkező anyagok egyaránt. Ezt a technikát a fém minőségének vizsgálatakor is alkalmazzák olyan mikroszennyeződések azonosítására, amelyekre nem vonatkoznak a tárgy gyártására vonatkozó műszaki előírások.

roncsolásmentes és klasszikus kutatási módszerek

Ha kutatást kell végeznironcsolásmentes módszerrel, majd röntgen fluoreszcencia analízissel történik. Ez a technológia magában foglalja az anyagot röntgensugárzásnak kitéve, amely fluoreszcens sugárzást okoz a felületi rétegben. A kémiai elemek periodikus rendszerének minden atomszáma saját hullámhosszal rendelkezik. Ez a technika segít meghatározni mind a minőségi, mind a mennyiségi összetételt.

A fémek vizsgálata klasszikus módszerekkel is elvégezhető. Ezek tovább tartanak, és jelentős mennyiségű mintavételt igényelnek. Ezek a módszerek a következők:

• minőségi kémiai reakciók;
• kolorimetriás elemzés;
• polarográfia;
• konduktometria (oldatok elektromos vezetőképességének mérése) és mások.

Mikroszerkezet-kutatás

A szerkezeti metallográfiát a színesfémek, acél, öntöttvas és egyéb fémek vizsgálata során a fázisok jellegének és számának meghatározására használják. A vizsgálatot porröntgendiffrakciós módszerrel végezzük. A mintát porrá őrlik, monokromatikus röntgensugarat irányítanak rá, és a vizsgált tárgy köré tekert fotófilmen gyűrűk formájában képet kapnak. Egy bizonyos textúra jelenlétét a vonalak intenzitásának változása mutatja.

Speciális röntgendiffraktométereket használnak a porröntgen-mintázatok tanulmányozására. Használhatók a fém kristályszerkezetére vonatkozó információk megszerzésére is. NÁL NÉLgyakorlati szempontból ez a hőkezelés típusának meghatározására szolgál.

A fázisösszetétel meghatározása szükséges a vizsgált objektum részeinek általános paramétereinek azonosításához. Egy ilyen tanulmány például lehetővé teszi, hogy információt szerezzen arról, hogy mi volt az elsődleges - rövidzárlat vagy tűz (rézérintkezők), arról, hogy egy wolframszálas lámpa égett-e a megsemmisülésekor, és más problémákat is megoldhat.

Az oxidok, karbidok, kloridok, szulfidok és más sók vékonyrétegeinek fémtermékek felületén történő kimutatására elektrondiffrakciós módszert alkalmaznak. A mozgó elektronok áramlásának diffrakcióján alapul, amelynek hullámhossza rövidebb, mint a röntgensugárzásé. A fémek és ötvözetek elemzését vákuumelektron-diffrakciós gépeken végzik, amelyek elektronoptikai árnyékképeket is képesek előállítani.

Mechanikai tulajdonságok

A fémek és ötvözetek fizikai és mechanikai tulajdonságainak meghatározásához a következő vizsgálati módszereket alkalmazzuk:

• a feszítéshez/nyomáshoz (a szakítószilárdság, rugalmasság, folyás és egyéb jellemzők meghatározása);
• hajlítás;
• keménységhez és mikrokeménységhez;
• fűtés a fázisátalakulások, a hővezetőképesség és a lineáris tágulás hőmérsékletének meghatározásához.

Az ilyen módszereket általában kombinálva alkalmazzák a balesetek okainak, valamint a fém alkatrészek és szerelvények megsemmisülésének vizsgálatakor.

Szakértői vélemény

A fémek vizsgálata után a szakember a következő információkat tartalmazó következtetést ad ki:

• általános adatok (a kutatási dolgozat címe, kezdő és befejező időpont, a vizsgálat helye, lebonyolításának indoklása, a szakértőre vonatkozó információk, feltett kérdések);
• alkalmazott módszerek és általános tudományos minták, amelyek alapján a munka történt;
• normatív dokumentumok és egyéb források;
• az objektum tanulmányozása során kapott adatok;
• következtetések (vagy okok, amelyek miatt nem lehet határozott választ adni).

Példák

Példák szakértői véleményekre:

• az alkatrész megsemmisülése az egyidejűleg ható statikus hajlító terhelés hatására történt;
• az összeszerelés meghibásodása kétlépcsős volt: egyetlen dinamikus terhelés után repedés keletkezett, amely a kifáradási feszültségek hatására 80%-kal nőtt; a tárgy statikus húzóterhelés hatására részekre oszlik a repedés által meggyengített területen;
• az edény roncsolódása a hegesztési varrat mentén következett be, amelyet a hegesztés során keletkezett hiba (a varrat gyökerének behatolásának hiánya) gyengített, a működés megkezdésekor a tárgynak már nem volt a szükséges erőt;
• a szerkezet meghibásodása azonnali volt, szegecseléssel, oka dinamikus terhelés hatása, melynek értéke meghaladja a tervdokumentációban rögzített szilárdságot.

A bírói gyakorlat eseteiből,a fémek vizsgálatának alkalmazását szemléltetve a következőket idézhetjük: a meggyilkolt testében fémtöredéket találtak. Meg kellett állapítani, hogy a 3 kés közül melyik része. A spektrális elemzés kimutatta, hogy a töredék összetétele egybeesett az egyik kés összetételével. A fémdarab mikroszerkezete eltért az összes pengétől, de a vizsgálat során bebizonyosodott, hogy a pengét hűtés nélküli elektromos darálón élezték meg, aminek következtében ezek a változások bekövetkeztek.

Laboratóriumok

A fém független vizsgálatát állami akkreditációval rendelkező laboratóriumok végezhetik. Az akkreditációs okiratban fel kell tüntetni, hogy mely tevékenységi körben szerezték be az engedélyt a kutatás, a vizsgálati módszerek és az azok elvégzésének alapjául szolgáló szabályozási dokumentumok elvégzésére, valamint az akkreditációs bizottság ülésének jegyzőkönyvét.

A moszkvai régióban az ilyen szolgáltatásokat a Metall-Expertise, az Interregional Center for Expertise and Evaluation (ICEA), az Igazságügyi Szakértők Szövetsége és más szervezetek nyújtják.