Badanie metali i stopów: cechy, opis i wymagania

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Wiedza na temat metali jest wykorzystywana w praktyce sądowej, w badaniu przyczyn wypadków, a także w podejmowaniu odpowiedzialnych decyzji technicznych przy produkcji różnych przedmiotów. Cechą metali i stopów jest to, że dobrze „zachowują” parametry poprzednich stanów, które powstały pod wpływem czynników zewnętrznych (obciążenia mechaniczne, efekty termiczne i inne). Ta właściwość umożliwia ustawienie warunków poprzedzających zdarzenie i zidentyfikowanie związku przyczynowego.

Zadania

Wszystkie zadania ekspertyzy metalurgicznej można połączyć w 3 duże grupy:

• Klasyfikacja - określenie przynależności do dowolnego typu (rodzaj metalu lub stopu, gatunek, zakres; złoże, z którego materiał został wydobyty; zgodność z wymaganiami rysunku i innej dokumentacji technicznej).
• Identyfikacja indywidualna: określenie całości w częściach (za pomocą oznak składu i struktury pierwiastkowej, śladów przetwarzania i innych parametrów), należących do wspólnej partii produkcyjnej, ustalenieźródło - sprzęt lub producent; grupa - identyfikacja identycznych właściwości metali i stopów według poszczególnych cech (charakterystyczne zanieczyszczenia, struktura krystaliczna, właściwości mechaniczne, charakter zniszczenia, stan powierzchni: utlenienie, korozja, zarysowania itp.).
• Diagnostyka: ustalenie faktu interakcji z częścią metalową, przyczyn i cech procesu niszczenia, określenie technologii wytwarzania, rodzaju urządzeń, na których wykonano wyrób metalowy, identyfikacja odchyleń od wymagań przepis techniczny.

Obiekty

Następujące mikro- i makro-przedmioty mogą służyć jako obiekty badania wyrobów metalowych:

• części stalowe, półfabrykaty, druty i przewody, węże metalowe, kable, rury;
• topienie drutów i innych wyrobów metalowych;
• szczegóły pojazdów i urządzeń technologicznych zniszczonych w wyniku wypadku;
• noże (fabryczne i domowe) oraz inna broń o ostrych krawędziach;
• fragmenty lub części urządzeń wybuchowych;
• lutowie;
• biżuteria, metale szlachetne i rodzime złoto;
• ślady metalizacji;
• artykuły gospodarstwa domowego.

Kroki

Badanie metali i stopów odbywa się według następującego schematu określania cech:

• charakter materiału (gęstość, ferromagnetyzm, kolor, twardość, metaliczny połysk, przewodność elektryczna, oddziaływanie z kwasami);
• geometryczne icechy konstrukcyjne (rozmiar, kształt, obecność powłok metalicznych i niemetalicznych);
• technologia i sprzęt produkcyjny;
• warunki pracy (zużycie, korozja itp.);
• cechy niszczenia (topienie, deformacja, obciążenia udarowe lub statyczne, erozja, kombinacja kilku czynników);
• rodzaj i zakres klasyfikacji;
• mikrostruktura;
• właściwości fizyczne i mechaniczne, skład chemiczny.

W zależności od tego, jakie pytania zostaną zadane przed egzaminem, zależy konstrukcja metodyki egzaminacyjnej. Ponieważ niektóre metody badań wymagają zniszczenia badanego obiektu, konieczne jest jasne ustalenie celu badania.

Metal Forensics

Badania kryminalistyczne są przeprowadzane w celu rozwiązania następujących najczęstszych problemów:

• określenie marki metalu, z którego wykonano broń;
• identyfikacja rodzaju złota - rodzimego lub przemysłowego;
• obecność cząstek metalu na innym obiekcie;
• określenie autentyczności monety lub medalu, a także ich wieku;
• wykrywanie rodzaju i czasu trwania ekspozycji na metal;
• przyczyny zniszczenia części lub zespołu metalowego (aby wyciągnąć wnioski w przypadku sytuacji awaryjnych, pożarów);
• określenie tożsamości części i głównej części/struktury metalowej, a także sposobu ich rozdzielenia i inne.

Mikroskopia optyczna i skaningowa

Badanie mikroskopowe powierzchni odbywa się na początkowym etapie ekspertyzy metalurgicznej. Badanie metali i stopów ujawnia cechy powstające w procesie wytwarzania i eksploatacji części i zespołów. Do wykonania tej pracy wykorzystywane są skaningowe i transmisyjne mikroskopy elektronowe.

Jednym z rodzajów takich badań jest fraktografia – mikroskopowe badanie powierzchni pęknięć w celu ustalenia przyczynowo-skutkowych związków między oznakami uszkodzenia a czynnikami zewnętrznymi lub wewnętrznymi, które spowodowały zniszczenie.

Badania składu chemicznego

Najpopularniejszą metodą badania składu chemicznego metali i stopów jest emisyjna analiza spektralna (ESA), która opiera się na cechach widma emisyjnego atomów materii w optycznym zakresie fal elektromagnetycznych. Emisja światła jest wzbudzana przez wyładowanie iskrowe pomiędzy badanym obiektem metalowym a elektrodą pomocniczą.

Ta metoda pozwala na oznaczenie pierwiastka chemicznego w obecności jego najmniejszej ilości (do 10-4%), która jest wykorzystywana w analizie śladowych ilości na zarówno metalowy, jak i niemetaliczny materiał kontaktowy. Technika ta jest również wykorzystywana do badania jakości metalu w celu identyfikacji mikrozanieczyszczeń, które nie są regulowane przez specyfikacje techniczne dotyczące produkcji tego przedmiotu.

Nieniszczące i klasyczne metody badawcze

Jeśli trzeba przeprowadzić badaniametodą nieniszczącą, następnie odbywa się to za pomocą rentgenowskiej analizy fluorescencji. Technologia ta polega na ekspozycji materiału na promieniowanie rentgenowskie, które powoduje promieniowanie fluorescencyjne w warstwie powierzchniowej. Każda liczba atomowa układu okresowego pierwiastków chemicznych ma swoją własną długość fali. Ta technika pomaga określić zarówno skład jakościowy, jak i ilościowy.

Badanie metali można przeprowadzić w sposób klasyczny. Trwają dłużej i wymagają znacznej ilości próbek. Te metody obejmują:

• jakościowe reakcje chemiczne;
• analiza kolorymetryczna;
• polarografia;
• konduktometria (pomiar przewodności elektrycznej roztworów) i inne.

Badania mikrostruktury

Metalografia strukturalna służy do określania charakteru i liczby faz w badaniu metali nieżelaznych, stali, żeliwa i innych metali. Badanie prowadzone jest metodą proszkowej dyfrakcji rentgenowskiej. Próbkę rozdrabnia się na proszek, na którą kieruje się monochromatyczny promień rentgenowski, a obraz w postaci pierścieni uzyskuje się na kliszy fotograficznej nawiniętej na badany obiekt. Obecność określonej tekstury objawia się zmianą intensywności linii.

Specjalne dyfraktometry rentgenowskie są używane do badania proszkowych wzorów rentgenowskich. Można je również wykorzystać do uzyskania informacji o strukturze krystalicznej metalu. Ww praktyce służy to do określenia rodzaju obróbki cieplnej.

Określenie składu fazowego jest niezbędne do określenia ogólnych parametrów części badanego obiektu. Takie badanie pozwala na przykład uzyskać informacje o tym, co było pierwotne - zwarcie lub pożar (styki miedziane), czy lampa z żarnikiem wolframowym spaliła się w momencie jej zniszczenia, oraz rozwiązać inne problemy.

Do wykrywania cienkich warstw tlenków, węglików, chlorków, siarczków i innych soli na powierzchni wyrobów metalowych stosuje się metodę dyfrakcji elektronów. Opiera się na dyfrakcji strumienia poruszających się elektronów, których długość fali jest krótsza niż promieniowanie rentgenowskie. Analiza metali i stopów jest przeprowadzana w próżniowych maszynach do dyfrakcji elektronów, które mogą również wytwarzać cienie elektronowo-optyczne.

Właściwości mechaniczne

W celu określenia właściwości fizycznych i mechanicznych metali i stopów stosuje się następujące metody badawcze:

• do rozciągania/ściskania (określanie wytrzymałości na rozciąganie, sprężystości, płynięcia i innych cech);
• gięcie;
• dla twardości i mikrotwardości;
• ogrzewanie w celu określenia temperatury przemian fazowych, przewodności cieplnej i rozszerzalności liniowej.

Takie metody są zwykle używane w połączeniu podczas badania przyczyn wypadków oraz zniszczenia metalowych części i zespołów.

Opinia eksperta

Po zbadaniu metali specjalista wydaje wniosek, który zawiera następujące informacje:

• dane ogólne (tytuł pracy badawczej, data rozpoczęcia i zakończenia, miejsce egzaminu, podstawa jego przeprowadzenia, informacje o ekspertze, zadawane pytania);
• wykorzystane metody i wzorce ogólnonaukowe, na podstawie których wykonano pracę;
• dokumenty normatywne i inne źródła;
• dane uzyskane podczas badania obiektu;
• wnioski (lub powody, dla których nie można udzielić jednoznacznej odpowiedzi).

Przykłady

Przykłady opinii ekspertów to:

• zniszczenie części nastąpiło w wyniku działania statycznego obciążenia zginającego działającego jednocześnie;
• awaria zespołu była dwuetapowa: po pojedynczym obciążeniu dynamicznym powstało pęknięcie, które w wyniku naprężeń zmęczeniowych zwiększyło się o 80%; obiekt jest podzielony na części pod działaniem statycznego obciążenia rozciągającego wzdłuż obszaru osłabionego przez to pęknięcie;
• zniszczenie naczynia nastąpiło wzdłuż spoiny, która została osłabiona wadą uzyskaną podczas spawania (brak wtopienia grani spoiny), w momencie rozpoczęcia eksploatacji obiekt nie miał już niezbędną siłę;
• Zniszczenie konstrukcji było natychmiastowe, przez nitowanie, przyczyną jest oddziaływanie obciążenia dynamicznego, którego wartość przekracza wytrzymałość określoną w dokumentacji projektowej.

Od spraw z praktyki sądowej,ilustrując zastosowanie badania metali, możemy przytoczyć następujące: w ciele zamordowanego znaleziono fragment metalu. Należało ustalić, którego z 3 noży jest częścią. Analiza spektralna wykazała, że skład fragmentu pokrywał się ze składem jednego z noży. Mikrostruktura kawałka metalu różniła się od wszystkich ostrzy, jednak podczas badań wykazano, że ostrze było ostrzone na szlifierce elektrycznej bez chłodzenia, w wyniku czego nastąpiły te zmiany.

Laboratoria

Niezależne badanie metalu może być przeprowadzone przez laboratoria posiadające akredytację państwową. Świadectwo akredytacji musi wskazywać, w jakim obszarze działalności uzyskano zezwolenie na prowadzenie badań, metody badań oraz dokumenty regulacyjne, na podstawie których są one przeprowadzane, a także protokół z posiedzenia komisji akredytacyjnej.

W regionie moskiewskim takie usługi są świadczone przez Metall-Expertise, Międzyregionalne Centrum Ekspertyz i Oceny (ICEA), Federację Ekspertów Sądowych i inne organizacje.