Onderzoek van metalen en legeringen: kenmerken, beschrijving en vereisten

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-17 10:36

Deskundigheid van metalen wordt gebruikt in de gerechtelijke praktijk, bij het onderzoeken van de oorzaken van ongevallen, maar ook bij het nemen van verantwoorde technische beslissingen bij de vervaardiging van verschillende objecten. Een kenmerk van metalen en legeringen is dat ze de parameters van de vorige toestanden die zijn ontstaan onder invloed van externe factoren (mechanische belastingen, thermische effecten en andere) goed "vasthouden". Met deze eigenschap kunt u de voorwaarden instellen die voorafgaan aan een gebeurtenis en een oorzakelijk verband identificeren.

Taken

Alle taken van metallurgische expertise kunnen worden gecombineerd in 3 grote groepen:

• Classificatie - bepaling van het behoren tot elk type (type metaal of legering, kwaliteit, omvang; afzetting waaruit het materiaal is gewonnen; naleving van de vereisten van de tekening en andere technische documentatie).
• Identificatie individu: bepaling van het geheel in delen (door tekenen van elementaire samenstelling en structuur, sporen van verwerking en andere parameters), behorend tot een gemeenschappelijke productiebatch, vaststellingbron - apparatuur of fabrikant; groep - identificatie van identieke eigenschappen van metalen en legeringen aan de hand van specifieke kenmerken (karakteristieke onzuiverheden, kristalstructuur, mechanische eigenschappen, aard van vernietiging, oppervlakteconditie: oxidatie, corrosie, krassen, enz.).
• Diagnostiek: vaststellen van de interactie met een metalen onderdeel, de oorzaken en kenmerken van het vernietigingsproces, bepalen van de fabricagetechnologie, het type apparaten waarop het metalen product is gemaakt, vaststellen van afwijkingen van de vereisten van de technisch voorschrift.

Objecten

De volgende micro- en macro-onderwerpen kunnen dienen als onderzoeksobjecten van metalen producten:

• stalen onderdelen, blanks, draad en draden, metalen slangen, kabels, pijpen;
• smelten op draden en andere metalen producten;
• details van voertuigen en technologische apparatuur die zijn vernietigd als gevolg van het ongeval;
• messen (fabrieks- en zelfgemaakte) en andere scherpe wapens;
• fragmenten of delen van explosieven;
• soldeer;
• juwelen, edele metalen en inheems goud;
• metallisatiesporen;
• huishoudelijke artikelen.

Stappen

Onderzoek van metalen en legeringen wordt uitgevoerd volgens het volgende schema voor het bepalen van kenmerken:

• materiële aard (dichtheid, ferromagnetisme, kleur, hardheid, metaalglans, elektrische geleidbaarheid, interactie met zuren);
• geometrische enontwerpkenmerken (afmeting, vorm, aanwezigheid van metalen en niet-metalen coatings);
• productietechnologie en apparatuur;
• bedrijfsomstandigheden (slijtage, corrosie, enz.);
• destructieve kenmerken (smelten, vervorming, schokken of statische belastingen, erosie, combinatie van verschillende factoren);
• classificatietype en bereik;
• microstructuur;
• fysische en mechanische eigenschappen, chemische samenstelling.

Afhankelijk van de vragen die voor het examen worden gesteld, hangt de opbouw van de examenmethodiek af. Aangezien sommige studiemethoden de vernietiging van het bestudeerde object vereisen, is het noodzakelijk om duidelijk het doel van het onderzoek vast te stellen.

Metal Forensics

Forensische onderzoeken worden uitgevoerd om de volgende meest voorkomende problemen aan te pakken:

• bepalen van het merk metaal waaruit het misdaadwapen is gemaakt;
• identificatie van het type goud - inheems of industrieel;
• aanwezigheid van metaaldeeltjes op een ander object;
• de authenticiteit van een munt of medaille bepalen, evenals hun leeftijd;
• detectie van het type en de duur van de blootstelling aan het metaal;
• redenen voor de vernietiging van een metalen onderdeel of samenstel (om een conclusie te trekken bij calamiteiten, brand);
• de identiteit van het onderdeel en het belangrijkste metalen onderdeel / de structuur bepalen, evenals de methode waarmee ze werden gescheiden en andere.

Optische en scanning microscopie

Microscopisch onderzoek van oppervlakken wordt gedaan in de beginfase van metallurgische expertise. Onderzoek van metalen en legeringen onthult de kenmerken die worden gevormd tijdens het fabricage- en werkingsproces van onderdelen en samenstellingen. Om dit werk uit te voeren, worden scanning- en transmissie-elektronenmicroscopen gebruikt.

Een van de soorten van dergelijk onderzoek is fractografie - een microscopisch onderzoek van breukoppervlakken om oorzaak-en-gevolgrelaties vast te stellen tussen tekenen van schade en externe of interne factoren die de vernietiging hebben veroorzaakt.

Onderzoek naar chemische samenstelling

De meest gebruikelijke methode voor het bestuderen van de chemische samenstelling van metalen en legeringen is emissiespectrale analyse (ESA), die is gebaseerd op de kenmerken van het emissiespectrum van atomen van materie in het optische bereik van elektromagnetische golven. Lichtemissie wordt opgewekt door een vonkontlading tussen het bestudeerde metalen object en de hulpelektrode.

Met deze methode kunt u een chemisch element bepalen in de aanwezigheid van de kleinste hoeveelheid (tot 10-4%), die wordt gebruikt bij de analyse van sporenhoeveelheden op zowel metallisch als niet-metalen contactmateriaal. Deze techniek wordt ook gebruikt bij het onderzoek van de kwaliteit van het metaal om micro-onzuiverheden te identificeren die niet worden gereguleerd door de technische specificaties voor de vervaardiging van dit object.

Niet-destructieve en klassieke onderzoeksmethoden

Als er onderzoek gedaan moet wordenniet-destructieve methode, dan wordt het gedaan met behulp van röntgenfluorescentie-analyse. Bij deze technologie wordt het materiaal blootgesteld aan röntgenstraling, die fluorescentiestraling in de oppervlaktelaag veroorzaakt. Elk atoomnummer van het periodiek systeem van chemische elementen heeft zijn eigen golflengte. Deze techniek helpt om zowel de kwalitatieve als kwantitatieve samenstelling te bepalen.

Onderzoek van metalen kan op klassieke manieren worden uitgevoerd. Ze duren langer en vereisen een aanzienlijke hoeveelheid bemonstering. Deze methoden omvatten:

• kwalitatieve chemische reacties;
• colorimetrische analyse;
• polarografie;
• conductometrie (meting van elektrische geleidbaarheid van oplossingen) en andere.

Microstructuuronderzoek

Structurele metallografie wordt gebruikt om de aard en het aantal fasen te bepalen bij het onderzoek van non-ferrometalen, staal, gietijzer en andere metalen. Het onderzoek wordt uitgevoerd door middel van poederröntgendiffractie. Het monster wordt vermalen tot poeder, er wordt een monochromatische röntgenstraal op gericht en een beeld wordt verkregen in de vorm van ringen op een fotografische film die rond het onderzochte object wordt gerold. De aanwezigheid van een bepaalde textuur wordt onthuld door de verandering in de intensiteit van de lijnen.

Speciale röntgendiffractometers worden gebruikt om poederröntgenpatronen te bestuderen. Ze kunnen ook worden gebruikt om informatie te verkrijgen over de kristalstructuur van het metaal. BIJin praktische termen wordt dit gebruikt om het type warmtebehandeling te bepalen.

Bepaling van de fasesamenstelling is nodig om de algemene parameters van de delen van het bestudeerde object te identificeren. Met zo'n onderzoek kunt u bijvoorbeeld informatie krijgen over wat primair was - een kortsluiting of een brand (koperen contacten), of een lamp met een wolfraamgloeidraad brandde op het moment van vernietiging, en andere problemen oplossen.

Om dunne films van oxiden, carbiden, chloriden, sulfiden en andere zouten op het oppervlak van metaalproducten te detecteren, wordt een elektronendiffractiemethode gebruikt. Het is gebaseerd op de diffractie van een stroom bewegende elektronen, waarvan de golflengte korter is dan die van röntgenstralen. De analyse van metalen en legeringen wordt uitgevoerd in vacuüm-elektronendiffractiemachines, die ook elektronen-optische schaduwbeelden kunnen produceren.

Mechanische eigenschappen

Om de fysische en mechanische eigenschappen van metalen en legeringen te bepalen, worden de volgende testmethoden gebruikt:

• voor spanning/compressie (bepaling van treksterkte, elasticiteit, vloei en andere kenmerken);
• buigen;
• voor hardheid en microhardheid;
• heating om de temperatuur van fasetransformaties, thermische geleidbaarheid en lineaire uitzetting te vinden.

Dergelijke methoden worden meestal in combinatie gebruikt bij het onderzoeken van de oorzaken van ongevallen en de vernietiging van metalen onderdelen en samenstellingen.

Deskundige mening

Na het onderzoek van metalen komt de specialist met een conclusie die de volgende informatie bevat:

• algemene gegevens (titel van de onderzoekspaper, start- en einddatum, plaats van onderzoek, gronden voor uitvoering, informatie over de deskundige, gestelde vragen);
• gebruikte methoden en algemene wetenschappelijke patronen op basis waarvan het werk is gedaan;
• normatieve documenten en andere bronnen;
• gegevens verkregen tijdens de studie van het object;
• conclusies (of redenen waarom er geen definitief antwoord kan worden gegeven).

Voorbeelden

Voorbeelden van deskundig advies zijn de volgende:

• destructie van het onderdeel vond plaats als gevolg van de actie van een gelijktijdig werkende statische buigbelasting;
• het falen van de assemblage was in twee fasen: na een enkele dynamische belasting vormde zich een scheur, die met 80% toenam als gevolg van vermoeiingsspanningen; het object wordt onder invloed van een statische trekbelasting in delen verdeeld langs het door deze scheur verzwakte gebied;
• de vernietiging van het vat vond plaats langs de las, die werd verzwakt door een defect verkregen tijdens het lassen (gebrek aan penetratie van de wortel van de naad), op het moment van de start van de operatie had het object niet langer de nodige kracht;
• het falen van de constructie was onmiddellijk, door klinken, de reden is de impact van een dynamische belasting, waarvan de waarde de sterkte overschrijdt die is vastgelegd in de ontwerpdocumentatie.

Uit gevallen van gerechtelijke praktijk,ter illustratie van de toepassing van het onderzoek van metalen, kunnen we het volgende noemen: een metaalfragment werd gevonden in het lichaam van de vermoorde. Het was noodzakelijk om vast te stellen van welke van de 3 messen het deel uitmaakt. Uit spectrale analyse bleek dat de samenstelling van het fragment overeenkwam met die van een van de messen. De microstructuur van het stuk metaal verschilde van alle messen, maar tijdens het onderzoek bleek dat het mes zonder koeling op een elektrische slijper was geslepen, waardoor deze veranderingen plaatsvonden.

Laboratoria

Een onafhankelijk onderzoek van het metaal kan worden uitgevoerd door laboratoria met staatsaccreditatie. Het accreditatiecertificaat moet aangeven op welk werkterrein toestemming is verkregen om onderzoek, testmethoden en regelgevende documenten uit te voeren op basis waarvan ze worden uitgevoerd, evenals de notulen van de vergadering van de accreditatiecommissie.

In de regio Moskou worden dergelijke diensten geleverd door Metall-Expertise, het Interregionaal Centrum voor Expertise en Evaluatie (ICEA), de Federatie van Forensische Experts en andere organisaties.