Kiểm tra kim loại và hợp kim: tính năng, mô tả và yêu cầu

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Giám định kim loại được sử dụng trong thực tiễn tư pháp, trong việc điều tra nguyên nhân của các vụ tai nạn, cũng như để đưa ra các quyết định kỹ thuật có trách nhiệm trong việc sản xuất các đồ vật khác nhau. Một đặc điểm của kim loại và hợp kim là chúng “giữ lại” tốt các thông số của trạng thái trước đó phát sinh dưới tác động của các yếu tố bên ngoài (tải trọng cơ học, hiệu ứng nhiệt và các thông số khác). Thuộc tính này cho phép bạn đặt các điều kiện trước một sự kiện và xác định mối quan hệ nhân quả.

Nhiệm vụ

Tất cả các nhiệm vụ của chuyên môn luyện kim có thể được gộp lại thành 3 nhóm lớn:

• Phân loại - xác định thuộc về bất kỳ loại nào (loại kim loại hoặc hợp kim, cấp, phạm vi; tiền gửi mà vật liệu được chiết xuất từ đó; tuân thủ các yêu cầu của bản vẽ và tài liệu kỹ thuật khác).
• Cá thể nhận dạng: xác định toàn bộ trong các bộ phận (bằng các dấu hiệu của thành phần nguyên tố và cấu trúc, dấu vết của quá trình xử lý và các thông số khác), thuộc một lô sản xuất chung, thiết lậpnguồn - thiết bị hoặc nhà sản xuất; nhóm - xác định các tính chất giống hệt nhau của kim loại và hợp kim bằng các tính năng cụ thể (tạp chất đặc trưng, cấu trúc tinh thể, tính chất cơ học, bản chất phá hủy, tình trạng bề mặt: oxy hóa, ăn mòn, trầy xước, v.v.).
• Chẩn đoán: xác định thực tế tương tác với một bộ phận kim loại, nguyên nhân và tính năng của quá trình phá hủy, xác định công nghệ sản xuất, loại thiết bị mà sản phẩm kim loại được tạo ra, xác định sai lệch so với yêu cầu của quy định kỹ thuật.

Đối tượng

Đối tượng vi mô và vĩ mô sau đây có thể dùng làm đối tượng kiểm tra các sản phẩm kim loại:

• bộ phận thép, khoảng trống, dây và dây điện, ống kim loại, cáp, ống dẫn;
• nóng chảy trên dây và các sản phẩm kim loại khác;
• chi tiết của phương tiện và thiết bị công nghệ bị phá hủy do tai nạn;
• dao (nhà máy và sản xuất trong nhà) và các loại vũ khí có lưỡi khác;
• mảnh vỡ hoặc các bộ phận của thiết bị nổ;
• hàn;
• đồ trang sức, kim loại quý và vàng bản địa;
• dấu vết kim loại hóa;
• đồ gia dụng.

Bước

Việc kiểm tra kim loại và hợp kim được thực hiện theo sơ đồ sau để xác định các đặc tính:

• bản chất vật liệu (mật độ, tính sắt từ, màu sắc, độ cứng, ánh kim loại, độ dẫn điện, tương tác với axit);
• hình học vàđặc điểm thiết kế (kích thước, hình dạng, sự hiện diện của lớp phủ kim loại và phi kim loại);
• công nghệ và thiết bị sản xuất;
• điều kiện hoạt động (mài mòn, ăn mòn, v.v.);
• tính năng phá hủy (nóng chảy, biến dạng, va đập hoặc tải trọng tĩnh, xói mòn, kết hợp một số yếu tố);
• loại và phạm vi phân loại;
• vi cấu trúc;
• tính chất cơ lý, thành phần hóa học.

Tùy thuộc vào những câu hỏi được đặt ra trước khi kiểm tra, việc xây dựng phương pháp kiểm tra phụ thuộc. Vì một số phương pháp nghiên cứu yêu cầu phá hủy đối tượng được nghiên cứu, nên cần phải thiết lập rõ ràng mục đích của nghiên cứu.

Pháp y kim loại

Giám định pháp y được tiến hành để giải quyết các vấn đề phổ biến nhất sau đây:

• xác định nhãn hiệu của kim loại mà từ đó vũ khí tội phạm được tạo ra;
• xác định loại vàng - bản địa hay công nghiệp;
• sự hiện diện của các hạt kim loại trên một vật thể khác;
• xác định tính xác thực của đồng xu hoặc huy chương, cũng như tuổi của chúng;
• phát hiện loại và thời gian tiếp xúc với kim loại;
• lý do cho việc phá hủy một bộ phận hoặc cụm kim loại (để đưa ra kết luận trong trường hợp khẩn cấp, hỏa hoạn);
• xác định danh tính của bộ phận và bộ phận / cấu trúc kim loại chính, cũng như phương pháp tách chúng ra và những bộ phận khác.

Kính hiển vi quang học và quét

Kiểm tra bằng kính hiển vi các bề mặt được thực hiện ở giai đoạn đầu của chuyên môn luyện kim. Kiểm tra kim loại và hợp kim cho thấy các tính năng được hình thành trong quá trình sản xuất và vận hành các bộ phận và cụm máy. Để thực hiện công việc này, kính hiển vi điện tử quét và truyền qua được sử dụng.

Một trong những hình thức kiểm tra như vậy là đo gãy xương - một nghiên cứu hiển vi về bề mặt đứt gãy để thiết lập mối quan hệ nhân quả giữa các dấu hiệu hư hỏng và các yếu tố bên ngoài hoặc bên trong gây ra sự phá hủy.

Nghiên cứu thành phần hóa học

Phương pháp phổ biến nhất để nghiên cứu thành phần hóa học của kim loại và hợp kim là phân tích quang phổ phát xạ (ESA), phương pháp này dựa trên các đặc điểm của phổ phát xạ của các nguyên tử vật chất trong dải quang học của sóng điện từ. Sự phát xạ ánh sáng được kích thích bởi sự phóng tia lửa điện giữa vật thể kim loại được nghiên cứu và điện cực phụ.

Phương pháp này cho phép bạn xác định một nguyên tố hóa học với lượng nhỏ nhất của nó (lên đến 10-4 %), được sử dụng trong phân tích lượng vết trên vật liệu tiếp xúc cả kim loại và phi kim loại. Kỹ thuật này cũng được sử dụng trong việc kiểm tra chất lượng của kim loại để xác định các tạp chất vi mô không được quy định trong các thông số kỹ thuật để sản xuất vật thể này.

Phương pháp nghiên cứu cổ điển và không phá hủy

Nếu cần nghiên cứuphương pháp không phá hủy, sau đó nó được thực hiện bằng cách sử dụng phân tích huỳnh quang tia X. Công nghệ này liên quan đến việc vật liệu tiếp xúc với tia X, gây ra bức xạ huỳnh quang ở lớp bề mặt. Mỗi số hiệu nguyên tử của hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học có bước sóng riêng. Kỹ thuật này giúp xác định cả thành phần định tính và định lượng.

Việc kiểm tra kim loại có thể được thực hiện theo những cách cổ điển. Chúng mất nhiều thời gian hơn và yêu cầu một lượng mẫu đáng kể. Các phương pháp này bao gồm:

• phản ứng hóa học định tính;
• phân tích so màu;
• polarography;
• đo độ dẫn (đo độ dẫn điện của các dung dịch) và các phương pháp khác.

Nghiên cứu cấu trúc vi mô

Kim loại cấu trúc được sử dụng để xác định bản chất và số lượng các giai đoạn trong việc kiểm tra kim loại màu, thép, gang và các kim loại khác. Nghiên cứu được thực hiện bằng phương pháp nhiễu xạ tia X dạng bột. Mẫu được nghiền thành bột, chiếu một chùm tia X đơn sắc vào và thu được hình ảnh ở dạng các vòng trên phim ảnh được lăn xung quanh đối tượng đang nghiên cứu. Sự hiện diện của một kết cấu nhất định được tiết lộ bởi sự thay đổi cường độ của các đường.

Máy đo nhiễu xạ tia X đặc biệt được sử dụng để nghiên cứu các mẫu tia X dạng bột. Chúng cũng có thể được sử dụng để thu thập thông tin về cấu trúc tinh thể của kim loại. TẠIvề mặt thực tế, điều này được sử dụng để xác định loại xử lý nhiệt.

Việc xác định thành phần pha là cần thiết để xác định các thông số chung của các bộ phận của đối tượng được nghiên cứu. Ví dụ, một nghiên cứu như vậy cho phép bạn có được thông tin về những gì là sơ cấp - đoản mạch hay hỏa hoạn (các điểm tiếp xúc bằng đồng), liệu một bóng đèn có dây tóc vonfram có bị cháy tại thời điểm bị phá hủy hay không và giải quyết các vấn đề khác.

Để phát hiện màng mỏng của oxit, cacbua, clorua, sunfua và các muối khác trên bề mặt sản phẩm kim loại, người ta sử dụng phương pháp nhiễu xạ điện tử. Nó dựa trên sự nhiễu xạ của một dòng electron chuyển động, có bước sóng ngắn hơn bước sóng của tia X. Việc phân tích kim loại và hợp kim được thực hiện trong máy nhiễu xạ điện tử chân không, máy cũng có thể tạo ra ảnh bóng quang điện tử.

Cơ tính

Để xác định các tính chất cơ lý của kim loại và hợp kim, các phương pháp thử nghiệm sau được sử dụng:

• cho lực căng / nén (xác định độ bền kéo, độ đàn hồi, độ chảy và các đặc tính khác);
• uốn;
• cho độ cứng và độ cứng siêu nhỏ;
• sưởi ấm để tìm nhiệt độ của sự biến đổi pha, dẫn nhiệt và giãn nở tuyến tính.

Các phương pháp như vậy thường được sử dụng kết hợp khi điều tra nguyên nhân của các vụ tai nạn và phá hủy các bộ phận và cụm kim loại.

Ý kiến chuyên gia

Sau khi kiểm tra kim loại, chuyên gia đưa ra kết luận bao gồm các thông tin sau:

• dữ liệu chung (tiêu đề của bài nghiên cứu, ngày bắt đầu và kết thúc, nơi kiểm tra, cơ sở thực hiện, thông tin về chuyên gia, các câu hỏi được hỏi);
• phương pháp được sử dụng và các mô hình khoa học chung trên cơ sở đó công việc đã được thực hiện;
• tài liệu quy phạm và các nguồn khác;
• dữ liệu thu được trong quá trình nghiên cứu đối tượng;
• kết luận (hoặc lý do tại sao không thể đưa ra câu trả lời xác định).

Ví dụ

Ví dụ về ý kiến chuyên gia bao gồm:

• phá hủy bộ phận xảy ra do tác động của tải trọng uốn tĩnh tác động đồng thời;
• hư hỏng của việc lắp ráp là hai giai đoạn: sau một lần tải động, một vết nứt hình thành, tăng 80% do ứng suất mỏi; vật thể được chia thành các phần dưới tác dụng của tải trọng kéo tĩnh dọc theo khu vực bị suy yếu bởi vết nứt này;
• sự phá hủy bình xảy ra dọc theo mối hàn, vật thể đó bị suy yếu do khuyết tật thu được trong quá trình hàn (thiếu sự xâm nhập của gốc đường hàn), tại thời điểm bắt đầu hoạt động, vật thể đó không còn sức mạnh cần thiết;
• cấu trúc bị hỏng ngay lập tức, do đinh tán, lý do là tác động của tải trọng động, giá trị của nó vượt quá cường độ được nêu trong tài liệu thiết kế.

Từ các trường hợp hành nghề tư pháp,minh họa cho ứng dụng của việc kiểm tra kim loại, chúng ta có thể dẫn chứng như sau: một mảnh kim loại được tìm thấy trong cơ thể của một người bị sát hại. Nó là cần thiết để xác định nó là một phần của 3 con dao. Phân tích quang phổ cho thấy thành phần của mảnh này trùng khớp với thành phần của một trong những con dao. Cấu trúc vi mô của mảnh kim loại khác với tất cả các lưỡi dao, nhưng trong quá trình kiểm tra, người ta đã chứng minh được rằng lưỡi dao đã được mài sắc trên máy mài điện mà không làm mát, do đó những thay đổi này đã xảy ra.

Phòng thí nghiệm

Việc kiểm tra độc lập kim loại có thể được thực hiện bởi các phòng thí nghiệm được nhà nước công nhận. Giấy chứng nhận công nhận phải cho biết lĩnh vực hoạt động nào được cấp phép để tiến hành nghiên cứu, phương pháp thử nghiệm và các văn bản quy định trên cơ sở đó chúng được thực hiện, cũng như biên bản cuộc họp của ủy ban công nhận.

Tại Khu vực Matxcova, các dịch vụ như vậy được cung cấp bởi Metall-Expertise, Trung tâm Giám định và Đánh giá Liên vùng (ICEA), Liên đoàn các Chuyên gia Pháp y và các tổ chức khác.