Metallien ja metalliseosten tutkiminen: ominaisuudet, kuvaus ja vaatimukset

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Metallien asiantuntemusta hyödynnetään oikeuskäytännössä, onnettomuuksien syiden selvittämisessä sekä vastuullisten teknisten päätösten tekemisessä erilaisten esineiden valmistuksessa. Metallien ja metalliseosten ominaisuus on, että ne "säilyttävät" aiempien tilojen parametrit, jotka syntyivät ulkoisten tekijöiden (mekaaniset kuormat, lämpövaikutukset ja muut) vaikutuksesta. Tämän ominaisuuden avulla voit asettaa tapahtumaa edeltävät ehdot ja tunnistaa syy-yhteyden.

Tehtävät

Kaikki metallurgisen osaamisen tehtävät voidaan yhdistää kolmeen suureen ryhmään:

• Luokittelu - mihin tahansa tyyppiin kuulumisen määrittäminen (metallin tai metalliseoksen tyyppi, laatu, laajuus; esiintymä, josta materiaali on otettu; piirustuksen ja muun teknisen dokumentaation vaatimusten noudattaminen).
• Tunnisteyksilö: kokonaisuuden määrittäminen osissa (alkuainekoostumuksen ja -rakenteen merkit, käsittelyjäljet ja muut parametrit), jotka kuuluvat yhteiseen tuotantoerään, määritetäänlähde - laite tai valmistaja; ryhmä - metallien ja metalliseosten identtisten ominaisuuksien tunnistaminen erityisten ominaisuuksien perusteella (luonteenomaiset epäpuhtaudet, kiderakenne, mekaaniset ominaisuudet, tuhoutumisen luonne, pinnan kunto: hapettuminen, korroosio, naarmut jne.).
• Diagnostiikka: vuorovaikutuksen toteaminen metalliosan kanssa, tuhoutumisprosessin syyt ja ominaisuudet, valmistustekniikan määrittäminen, metallituote valmistettujen laitteiden tyyppi, poikkeamien tunnistaminen metalliosan vaatimuksista tekninen määräys.

Objects

Seuraavat mikro- ja makrokohteet voivat toimia metallituotteiden tutkimuskohteina:

• teräsosat, aihiot, langat ja johdot, metalliletkut, kaapelit, putket;
• sulaa langoilla ja muilla metallituotteilla;
• tiedot onnettomuuden seurauksena tuhoutuneista ajoneuvoista ja teknisistä laitteista;
• veitset (tehdas- ja kotitekoiset) ja muut teräaseet;
• räjähteiden sirpaleet tai osat;
• juotteet;
• korut, jalometallit ja alkuperäinen kulta;
• metallisaatiojäljet;
• kotitaloustarvikkeet.

Vaiheet

Metallien ja metalliseosten tarkastus suoritetaan seuraavan kaavion mukaisesti ominaisuuksien määrittämiseksi:

• materiaalin luonne (tiheys, ferromagnetismi, väri, kovuus, metallikiilto, sähkönjohtavuus, vuorovaikutus happojen kanssa);
• geometrinen jasuunnitteluominaisuudet (koko, muoto, metallisten ja ei-metallisten pinnoitteiden esiintyminen);
• tuotantotekniikka ja -laitteet;
• käyttöolosuhteet (kuluminen, korroosio jne.);
• tuhoominaisuudet (sulaminen, muodonmuutos, isku- tai staattiset kuormat, eroosio, useiden tekijöiden yhdistelmä);
• luokitustyyppi ja laajuus;
• mikrorakenne;
• fysikaaliset ja mekaaniset ominaisuudet, kemiallinen koostumus.

Riippuen siitä, mitä kysymyksiä ennen tenttiä esitetään, tenttimetodologian rakenne riippuu. Koska jotkin tutkimusmenetelmät vaativat tutkittavan kohteen tuhoamista, on tarpeen määrittää selkeästi tutkimuksen tarkoitus.

Metal Forensics

Oikeuslääketieteellisiä tutkimuksia tehdään seuraavien yleisimpien ongelmien ratkaisemiseksi:

• metallimerkin määrittäminen, josta rikosase on valmistettu;
• tunnistetaan kullan tyyppi - kotimainen vai teollinen;
• metallihiukkasten läsnäolo toisessa esineessä;
• kolikon tai mitalin aitouden sekä iän määrittäminen;
• metallille altistuksen tyypin ja keston havaitseminen;
• metalliosan tai kokoonpanon tuhoutumisen syyt (päätelmän tekeminen hätätilanteissa, tulipaloissa);
• osan ja päämetalliosan/rakenteen tunnistaminen, sekä menetelmä, jolla ne erotettiin ja muut.

Optinen ja skannaava mikroskopia

Pintojen mikroskooppinen tutkimus tehdään metallurgisen asiantuntemuksen alkuvaiheessa. Metallien ja metalliseosten tarkastelu paljastaa osien ja kokoonpanojen valmistus- ja käyttöprosessissa muodostuneet piirteet. Tämän työn suorittamiseen käytetään pyyhkäisy- ja transmissioelektronimikroskooppeja.

Yksi tällaisen tutkimuksen tyypeistä on fraktografia – murtumapintojen mikroskooppinen tutkimus, jossa selvitetään syy-seuraus-suhde vaurion merkkien ja tuhon aiheuttaneiden ulkoisten tai sisäisten tekijöiden välillä.

Kemiallisen koostumuksen tutkimus

Yleisin menetelmä metallien ja metalliseosten kemiallisen koostumuksen tutkimiseksi on emissiospektrianalyysi (ESA), joka perustuu aineen atomien emissiospektrin ominaisuuksiin sähkömagneettisten a altojen optisella alueella. Valoemissio viritetään kipinäpurkauksella tutkitun metalliesineen ja apuelektrodin välillä.

Tällä menetelmällä voit määrittää kemiallisen alkuaineen sen pienimmän määrän (enintään 10-4%) läsnä ollessa, jota käytetään hivenmäärien analysoinnissa sekä metallista että ei-metallista kosketusmateriaalia. Tätä tekniikkaa käytetään myös metallin laadun tutkimisessa sellaisten mikroepäpuhtauksien tunnistamiseksi, joita ei säännellä tämän esineen valmistusta koskevissa teknisissä eritelmissä.

Tuhoamattomat ja klassiset tutkimusmenetelmät

Jos tutkimusta on tehtäväainetta rikkomaton menetelmä, sitten se tehdään röntgenfluoresenssianalyysillä. Tämä tekniikka sisältää materiaalin altistamisen röntgensäteille, jotka aiheuttavat fluoresoivaa säteilyä pintakerroksessa. Jokaisella kemiallisten alkuaineiden jaksollisen järjestelmän atominumerolla on oma aallonpituutensa. Tämä tekniikka auttaa määrittämään sekä laadullisen että määrällisen koostumuksen.

Metallien tutkiminen voidaan suorittaa klassisilla tavoilla. Ne vievät kauemmin ja vaativat huomattavan määrän näytteenottoa. Näitä menetelmiä ovat:

• laadulliset kemialliset reaktiot;
• kolorimetrinen analyysi;
• polarografia;
• konduktometria (liuosten sähkönjohtavuuden mittaus) ja muut.

Mikrorakennetutkimus

Rakennemetallografiaa käytetään määrittämään ei-rautametallien, teräksen, valuraudan ja muiden metallien tutkimuksessa vaiheiden luonne ja lukumäärä. Tutkimus suoritetaan jauheröntgendiffraktiomenetelmällä. Näyte jauhetaan jauheeksi, siihen suunnataan monokromaattinen röntgensäde ja renkaiden muodossa kuva saadaan tutkittavan kohteen ympärille rullatulle valokuvafilmille. Tietyn tekstuurin olemassaolo paljastaa viivojen intensiteetin muutoksen.

Erityisiä röntgendiffraktometrejä käytetään jauheröntgenkuvioiden tutkimiseen. Niitä voidaan käyttää myös tiedon saamiseksi metallin kiderakenteesta. ATKäytännössä tätä käytetään lämpökäsittelyn tyypin määrittämiseen.

Faasikoostumuksen määrittäminen on tarpeen tutkittavan kohteen osien yleisten parametrien tunnistamiseksi. Tällaisen tutkimuksen avulla voit esimerkiksi saada tietoa siitä, mikä oli ensisijaista - oikosulku tai tulipalo (kuparikontaktit), paloiko volframilankainen lamppu tuhoutumishetkellä, ja ratkaista muita ongelmia.

Oksidien, karbidien, kloridien, sulfidien ja muiden suolojen ohuiden kalvojen havaitsemiseksi metallituotteiden pinnalla käytetään elektronidiffraktiomenetelmää. Se perustuu liikkuvien elektronien virran diffraktioon, jonka aallonpituus on lyhyempi kuin röntgensäteiden. Metallien ja metalliseosten analyysi suoritetaan tyhjiöelektronidiffraktiokoneilla, jotka voivat tuottaa myös elektronioptisia varjokuvia.

Mekaaniset ominaisuudet

Metallien ja metalliseosten fysikaalisten ja mekaanisten ominaisuuksien määrittämiseksi käytetään seuraavia testimenetelmiä:

• jännitystä/puristusta varten (vetolujuuden, kimmoisuuden, virtauksen ja muiden ominaisuuksien määrittäminen);
• taivutus;
• kovuus ja mikrokovuus;
• lämmitys löytääksesi vaihemuutosten lämpötilan, lämmönjohtavuuden ja lineaarilaajenemisen.

Tällaisia menetelmiä käytetään yleensä yhdessä tutkittaessa onnettomuuksien syitä ja metalliosien ja kokoonpanojen tuhoutumista.

Asiantuntijan lausunto

Metallien tutkimuksen jälkeen asiantuntija antaa johtopäätöksen, joka sisältää seuraavat tiedot:

• yleiset tiedot (tutkimuspaperin nimi, aloitus- ja lopetuspäivämäärä, tutkimuspaikka, suorittamisen perusteet, tiedot asiantuntijasta, esitetyt kysymykset);
• käytetyt menetelmät ja yleiset tieteelliset mallit, joiden perusteella työ tehtiin;
• normatiiviset asiakirjat ja muut lähteet;
• kohteen tutkimuksen aikana saadut tiedot;
• päätelmät (tai syyt, miksi varmaa vastausta ei voida antaa).

Esimerkkejä

Esimerkkejä asiantuntijalausunnoista ovat seuraavat:

• osan tuhoutuminen tapahtui samanaikaisesti vaikuttavan staattisen taivutuskuorman vaikutuksesta;
• kokoonpanon vika oli kaksivaiheinen: yhden dynaamisen kuormituksen jälkeen muodostui halkeama, joka kasvoi 80 % väsymisjännityksen seurauksena; esine on jaettu osiin staattisen vetokuormituksen vaikutuksesta tämän halkeaman heikentämä alue;
• astian tuhoutuminen tapahtui hitsauksessa, jota heikensi hitsauksen aikana saatu vika (sauman juuren tunkeutumattomuus), toiminnan alkaessa esineellä ei enää ollut tarvittava vahvuus;
• rakenteen murtuminen oli välitön, niitamalla, syynä dynaamisen kuormituksen vaikutus, jonka arvo ylittää suunnitteludokumentaatiossa määritellyn lujuuden.

Oikeuskäytännön tapauksista,metallien tutkimuksen soveltamista havainnollistaen voidaan lainata seuraavaa: murhatun ruumiista löydettiin metallisirpale. Oli tarpeen selvittää, mihin kolmesta veitsestä se kuuluu. Spektrianalyysi osoitti, että fragmentin koostumus oli sama kuin yhden veitsen koostumus. Metallikappaleen mikrorakenne erosi kaikista teriistä, mutta tutkimuksessa todettiin, että terä oli teroitettu sähköhiomakoneella ilman jäähdytystä, minkä seurauksena nämä muutokset tapahtuivat.

Laboratoriot

V altion akkreditoidut laboratoriot voivat suorittaa metallin riippumattoman tutkimuksen. Akkreditointitodistuksesta on käytävä ilmi, millä toimialalla lupa tutkimusten suorittamiseen on saatu, testausmenetelmät ja niitä koskevat säädösasiakirjat, sekä akkreditointitoimikunnan kokouksen pöytäkirja.

Moskovan alueella tällaisia palveluita tarjoavat Metall-Expertise, Interregional Center for Expertise and Evaluation (ICEA), Federation of Forensic Experts ja muut organisaatiot.