Zkoumání kovů a slitin: vlastnosti, popis a požadavky

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

Odborné znalosti kovů se využívají v soudní praxi, při vyšetřování příčin nehod i pro zodpovědná technická rozhodnutí při výrobě různých předmětů. Charakteristickým rysem kovů a slitin je, že si dobře "zachovají" parametry předchozích stavů, které vznikly pod vlivem vnějších faktorů (mechanické zatížení, tepelné účinky a další). Tato vlastnost vám umožňuje nastavit podmínky, které předcházejí události, a identifikovat kauzální vztah.

Úkoly

Všechny úkoly metalurgické expertizy lze spojit do 3 velkých skupin:

• Klasifikace - určení příslušnosti k jakémukoli typu (druh kovu nebo slitiny, jakost, rozsah; ložisko, ze kterého byl materiál vytěžen; shoda s požadavky výkresové a jiné technické dokumentace).
• Identifikační jedinec: určení celku po částech (podle znaků elementárního složení a struktury, stop zpracování a dalších parametrů), patřících do společné výrobní šarže, zakládajícízdroj - zařízení nebo výrobce; skupina - identifikace shodných vlastností kovů a slitin podle jednotlivých znaků (charakteristické nečistoty, krystalická struktura, mechanické vlastnosti, povaha destrukce, stav povrchu: oxidace, koroze, škrábance atd.).
• Diagnostika: zjištění skutečnosti interakce s kovovou částí, příčiny a rysy procesu destrukce, stanovení výrobní technologie, typu zařízení, na kterých byl kovový výrobek vyroben, identifikace odchylek od požadavků technický předpis.

Objects

Následující mikro- a makropředměty mohou sloužit jako předměty zkoumání kovových výrobků:

• ocelové díly, polotovary, dráty a dráty, kovové hadice, kabely, trubky;
• tavení na drátech a jiných kovových výrobcích;
• detaily vozidel a technologického zařízení zničených v důsledku nehody;
• nože (tovární a podomácku vyrobené) a další zbraně s ostrými hranami;
• úlomky nebo části výbušných zařízení;
• solders;
• šperky, drahé kovy a přírodní zlato;
• stopy po metalizaci;
• potřeby pro domácnost.

Kroky

Zkoumání kovů a slitin se provádí podle následujícího schématu pro stanovení charakteristik:

• povaha materiálu (hustota, feromagnetismus, barva, tvrdost, kovový lesk, elektrická vodivost, interakce s kyselinami);
• geometrické akonstrukční prvky (velikost, tvar, přítomnost kovových a nekovových povlaků);
• výrobní technologie a zařízení;
• provozní podmínky (opotřebení, koroze atd.);
• funkce destrukce (tavení, deformace, rázové nebo statické zatížení, eroze, kombinace několika faktorů);
• typ a rozsah klasifikace;
• mikrostruktura;
• fyzikální a mechanické vlastnosti, chemické složení.

Podle toho, jaké otázky jsou položeny před zkouškou, závisí konstrukce metodiky zkoušky. Protože některé metody studia vyžadují zničení studovaného objektu, je nutné jasně stanovit účel studie.

Metal Forensics

Forenzní vyšetření se provádějí za účelem řešení následujících nejčastějších problémů:

• určení značky kovu, ze kterého byla zločinecká zbraň vyrobena;
• identifikace typu zlata – přírodního nebo průmyslového;
• přítomnost kovových částic na jiném předmětu;
• určení pravosti mince nebo medaile a také jejich stáří;
• detekce typu a trvání expozice kovu;
• důvody zničení kovové části nebo sestavy (pro vypracování závěru v případě nouze, požáru);
• určující identitu součásti a hlavní kovové části/struktury, jakož i metodu, kterou byly odděleny a další.

Optická a skenovací mikroskopie

Mikroskopické vyšetření povrchů se provádí v počáteční fázi metalurgické expertizy. Zkoumání kovů a slitin odhaluje rysy vzniklé v procesu výroby a provozu dílů a sestav. K provedení této práce se používají rastrovací a transmisní elektronové mikroskopy.

Jedním z typů takového vyšetření je fraktografie – mikroskopická studie povrchů lomů za účelem stanovení vztahů příčiny a následku mezi známkami poškození a vnějšími nebo vnitřními faktory, které způsobily destrukci.

Výzkum chemického složení

Nejběžnější metodou pro studium chemického složení kovů a slitin je emisní spektrální analýza (ESA), která je založena na vlastnostech emisního spektra atomů hmoty v optické oblasti elektromagnetických vln. Emise světla je vybuzena jiskrovým výbojem mezi studovaným kovovým předmětem a pomocnou elektrodou.

Tato metoda umožňuje určit chemický prvek v přítomnosti jeho nejmenšího množství (až 10-4 %), které se používá při analýze stopových množství na kovový i nekovový kontaktní materiál. Tato technika se také používá při zkoumání kvality kovu k identifikaci mikronečistot, které nejsou regulovány technickými specifikacemi pro výrobu tohoto předmětu.

Nedestruktivní a klasické výzkumné metody

Pokud je třeba provést výzkumnedestruktivní metodou, pak se to provádí pomocí rentgenové fluorescenční analýzy. Tato technologie zahrnuje vystavení materiálu rentgenovému záření, které způsobuje fluorescenční záření v povrchové vrstvě. Každé atomové číslo periodického systému chemických prvků má svou vlnovou délku. Tato technika pomáhá určit jak kvalitativní, tak kvantitativní složení.

Zkoumání kovů lze provádět klasickými způsoby. Trvají déle a vyžadují značné množství vzorků. Tyto metody zahrnují:

• kvalitativní chemické reakce;
• kolorimetrická analýza;
• polarografie;
• konduktometrie (měření elektrické vodivosti roztoků) a další.

Výzkum mikrostruktury

Strukturní metalografie se používá ke stanovení povahy a počtu fází při zkoumání neželezných kovů, oceli, litiny a dalších kovů. Studie se provádí metodou práškové rentgenové difrakce. Vzorek se rozemele na prášek, nasměruje se na něj monochromatický rentgenový paprsek a získá se obraz ve formě prstenců na fotografickém filmu namotaném kolem zkoumaného objektu. Přítomnost určité textury je odhalena změnou intenzity čar.

Speciální rentgenové difraktometry se používají ke studiu práškových rentgenových obrazců. Mohou být také použity k získání informací o krystalové struktuře kovu. Vv praxi se to používá k určení typu tepelného zpracování.

Určení fázového složení je nezbytné pro identifikaci obecných parametrů částí studovaného objektu. Taková studie vám například umožňuje získat informace o tom, co bylo primární - zkrat nebo požár (měděné kontakty), zda lampa s wolframovým vláknem hořela v době jejího zničení, a řešit další problémy.

K detekci tenkých vrstev oxidů, karbidů, chloridů, sulfidů a dalších solí na povrchu kovových výrobků se používá metoda elektronové difrakce. Je založena na difrakci proudu pohybujících se elektronů, jejichž vlnová délka je kratší než u rentgenového záření. Analýza kovů a slitin se provádí ve vakuových elektronových difrakčních strojích, které mohou také vytvářet elektronově optické stínové obrazy.

Mechanické vlastnosti

K určení fyzikálních a mechanických vlastností kovů a slitin se používají následující zkušební metody:

• pro tah/tlak (určení pevnosti v tahu, elasticity, toku a dalších charakteristik);
• bending;
• pro tvrdost a mikrotvrdost;
• zahřívání k nalezení teploty fázových přeměn, tepelné vodivosti a lineární roztažnosti.

Takové metody se obvykle používají v kombinaci při vyšetřování příčin nehod a ničení kovových částí a sestav.

Názor odborníka

Po prohlídce kovů odborník vydá závěr, který obsahuje následující informace:

• obecné údaje (název výzkumné práce, datum zahájení a ukončení, místo zkoušky, důvody jejího provedení, informace o odborníkovi, položené otázky);
• použité metody a obecné vědecké vzory, na jejichž základě byla práce provedena;
• normativní dokumenty a další zdroje;
• data získaná během studia objektu;
• závěry (nebo důvody, proč nelze dát jednoznačnou odpověď).

Příklady

Příklady znaleckého posudku zahrnují následující:

• destrukce součásti nastala v důsledku působení statického ohybového zatížení působícího současně;
• selhání sestavy bylo dvoufázové: po jediném dynamickém zatížení se vytvořila trhlina, která se v důsledku únavových napětí zvýšila o 80 %; objekt se působením statického tahového zatížení rozdělí na části podél oblasti oslabené touto trhlinou;
• k destrukci nádoby došlo podél svaru, který byl oslaben defektem získaným při svařování (nedostatek průniku kořene švu), v době zahájení provozu již objekt neměl potřebná síla;
• porušení konstrukce bylo okamžité, nýtováním, důvodem je působení dynamického zatížení, jehož hodnota přesahuje pevnost stanovenou v projektové dokumentaci.

Z případů soudní praxe,ilustrující aplikaci zkoumání kovů můžeme uvést následující: v těle zavražděného byl nalezen kovový úlomek. Bylo nutné zjistit, kterého ze 3 nožů je součástí. Spektrální analýza ukázala, že složení fragmentu se shodovalo se složením jednoho z nožů. Mikrostruktura kusu kovu se lišila od všech čepelí, ale při zkoumání bylo prokázáno, že čepel byla broušena na elektrické brusce bez chlazení, v důsledku čehož došlo k těmto změnám.

Laboratoře

Nezávislou zkoušku kovu mohou provádět laboratoře se státní akreditací. V osvědčení o akreditaci musí být uvedeno, v jaké oblasti činnosti bylo získáno povolení k provádění výzkumu, zkušebních metod a regulačních dokumentů, na jejichž základě jsou prováděny, a také zápis ze zasedání akreditační komise.

V Moskevské oblasti tyto služby poskytuje Metall-Expertise, Meziregionální centrum pro expertizu a hodnocení (ICEA), Federace soudních expertů a další organizace.