Криминалистическая идентификация сталей и сплавов по неметаллическим включениям.

В стали встречается 2 вида включений: эндогенные и экзогенные. Эндогенные – растворенные кислород и сера в шлаках с раскислителями. Экзогенные – частицы шлаков и огнеупоров. Все неметаллические включения делятся на простые оксиды, сложные оксиды, силикаты, сульфиды, фосфиды, нитриды. Методы оценки неметаллических включений: 1) по ГОСТу 2) метод магнитной дефектоскопии 3) размерные методы определения.

Неметаллические включения- макро- и микрочастицы в металлах и сплавах,образующиеся в результате различных физико-химических процессов,которыепроисходят при выплавке металлов и его кристаллизации.

При раскислении в стали образуются соединения кислорода и кремния, которые в основном переходят в шлак, и лишь незначительная их часть оста­ется в стали в виде простых и сложных оксидных и силикатных включений FeO,Si0₂, FeO Cr₂0₃, A1₂0₃ Si0₂ и др.

Сера в расплавленной стали растворена в металле, а при его охлажде­нии выделяется в виде сульфидных включений. Чаще всего это сульфиды железа FeS и марганца MnS, оксисульфидные включения железа и марганца, сульфиды молибдена, титана и других элементов.

Фосфидные включения в стали обычно не встречаются. Но в низкоуг­леродистыхсталях с повышенным содержанием фосфора имеются кислород­ные включения фосфора и фосфид железа Fe₂F.

Нитриды и карбонитриды можно обнаружить в сталях, содержащих сильные нитридообразующие элементы Ti, Zr, V, Nb, В.

Из посторонних включений в сталях встречаются частицы кварца, стекла различного состава, включения огнеупоров и шлака.

В чугунах наблюдаются те же основные виды включений, что и в ста­ли, и состав их зависит от состава чугуна.

Значительно чаще, чем в стали, в чугунах находятся фосфидные вклю­чения (в составе эвтектики).

В цветных металлах чаще всего присутствуют кислородные, фосфид­ные и сульфидные включения.

Неметаллические включения оказывают в большинстве случаев вред­ное влияние не свойства металла: уменьшают прочность и пластичность, охрупчивают, понижают сопротивление коррозии, ухудшают технологические свойства. Поэтому содержание неметаллических включений в стали контролируют и регламентируют.

Фрактографические методы анализа металлов и сплавов в судебной экспертизе.

Характер разрушения изделий (образцов) проявляется в структуре поверхности излома (поверхность образовавшаяся при разрушении) и изучается фрактографией.Этот метод исследования предусматривает нахождение связи между структурой детали и формой излома. В основном проводится в автотехнической экспертизе.

Подразрушениемпонимают кинетический процесс зарождения, слияния рядом расположенных трещин в одну и (или) развития трещин в результате действия внешних или внутренних напряжений, завершается разделением изделия (образца) на части. Разрушение классифицируется по разным признакам на следующие виды (соответственно и изломы):

1. По характеру силового воздействия - на статические кратковременные, статические длительные, усталостные, удар (динамические);

Изломы замедленного разрушения.

замедленное разрушение — разрушение металла при длительном действии постоянных или мало изменяющихся растягивающих напряжений или остаточных напряжений; включающее зарождение трещин, их постепенное развитие при средних напряжениях, меньших кратковременной прочности металла, и лавинообразное, практически мгновенное распространение трещины, приводящее к разрушению образца или изделия. Разрушающее напряжение уменьшается с увеличением длительности нагрузки, стремясь к некоторому пороговому значению. Замедленное разрушение образуются при нормальной температуре и без воздействия коррозионной среды, может быть обусловлено водородом (водородная хрупкость), остаточными или фазовыми локальными микронапряжениями, возникающими в результате мартенситного превращения, распада твердого раствора (в закаленных сталях без отпуска) и т.п.;

Изломы при длительном статическом нагружении, при высокой температуре и ползучести.

Изломы при длительном статическом нагружении, при нормальной температуре и в коррозионной среде.

Излом усталостного действия – образуется в результате усталостного разрушения.

Усталостное разрушение– разрушение под действием периодически изменяющихся по величине или (и) знаку нагрузок, заключающееся в постепенном накоплении повреждений, приводящее к критической степени искажений в отдельных объемах (зернах) вследствие циклической микропластической деформации, к созданию локальных пиковых напряжений, могущих вызвать разрыв межатомных связей, к образованию зародышевых усталостных трещин, их развитию и разрушению. Усталостный изломимеет характерные признаки, отличающие его от других видов разрушения. На его поверхности всегда формируются три характерные зоны разрушения. Область зарождения усталостной трещины, область ее стабильного распространения с большими полями регулярных бороздок и область долома, соответствующая квазистатическому разрушению образца.

2. По ориентировке макроскопической поверхности разрушения — на разрушение путем отрыва (поверхность разрушения перпендикулярна направлению наибольшего растягивающего напряжения) или среза (поверхность разрушения составляет угол около 45° к направлению растяжения);

Пластичные материалы проявляют большее сопротивление отрыву частиц, чем сдвигу их относительно друг друга и разрушаются главным образом от сдвига частиц в плоскостях действия наибольших касательных напряжений.Место разрушения при растяжении в шейке имеет вид кратера, стенки которого наклонены к оси образца под углом 45^о. Дном этого кратера является поверхность первоначальной внутренней трещины, возникающей после образования шейки. (Рис.1а)

Хрупкиеразрушаются внезапно от отрыва частиц материала по плоскости поперечного сечения. (Рис.1б)

3. По величине пластической деформации, предшествующей разрушению, — на хрупкое и вязкое;

Вязкое разрушение— разрушение, которому предшествовала значительная пластическая деформация, протекающая по всему (или почти по всему) объему тела. Вязкое разрушение материала начинается с образования микронадрывов и микропустот, которые при нагружении растут и объединяются между собой в результате вытягивания и разрыва перемычек, образуя общую поверхность разрушения — излом ямочного рельефа. При растяжении цилиндрических образцов из пластичных материалов формируется излом типа «чашечка-конус», а из очень пластичных — типа острия.

К вязкому излому также относятся бархатистый, волокнистый излом, излом звездочкой, матовый излом, шиферный излом.

Хрупкое разрушение – разрушение без заметной пластической деформации по микроскопическому хрупкому механизму развития трещины (сколом, квазисколом). Поверхность хрупкого излома обычно перпендикулярна направлению наибольших растягивающих напряжений. Для хрупкого излома характерны гладкие, ровные кромки излома без скосов или с небольшими скосами. Хрупкие изломы с одним фокусом (очагом) разрушения имеют рубцы, веерообразно расходящиеся от фокуса в направлении разрушения. Хрупкий излом может быть внутри- и межзеренным с разным микростроением: при внутризеренном разрушении – хрупкое фасетное, и малопластичное ямочное; при межзеренном разрушении – микропластичное и микрохрупкое.

К хрупкому излому также относятся камневидный, кристаллический, нафталинистый, ручьистый, черный, усталостный.

4. По расположению поверхности разрушения относительно структуры — на внутризеренное (транскристаллитное), межзеренное (интеркристаллитное) и смешанное разрушения; (Рис.2)

внутризеренное(транскристаллитное) разрушение — разрушение развитием трещины преимущественно по телу зерна. Внутризеренное разрушение может быть вязким, сопровождающимся значительной макро- и микро-пластической деформацией (рис.2б); хрупким, развивающимся по механизму скола (рис.2а), и смешанным, сочетающим элементы вязкого и хрупкого разрушения (рис.2в); поверхность разрушения соответственно может быть ямочного строения, сколом и квазисколом, а также сочетать указанные элементы излома в разных соотношениях;

межзеренное (интеркристаллитное) разрушение— разрушение развитием трещины преимущественно по границам зерен вследствие их меньшей прочности по сравнению с телом зерна (рис.2г). Межзеренному разрушению способствует сегрегация примесей по границам зерен, образование хрупких межзеренных прослоек промежуточных фаз,

5. По влиянию внешней среды — на водородное, жидкометаллическое, коррозионное (см. Коррозионное растрескивание, Коррозионная усталость) и т.п.

водородное разрушение -разрушение под нагрузкой в результате взаимодействия водорода с металлом; может быть вызвано газообразным водородом выс. давл., хруп, продуктами взаимод. металла с адсорбированным и растворенным водородом, зерногран. и межфаз. сегрегациями водорода (водородная хрупкость);

6. По энергетическим затратам распространения трещины.

Если трещина распространяется так же легко (без заметных следов пластической деформации), как и ее зарождение, то разрушение называется хрупким. Когда распространение трещины значительно более энергоемкий (на несколько порядков), чем ее зарождение, процесс, который сопровождается значительной пластической деформацией не только вблизи поверхности разрушения, но и в объеме тела, то разрушение вязкое. Энергетические затраты на распространение трещины определяют ее трещиностойкость.

а) б)

Рис. 1. Характер разрушения: пластичный (а) и хрупкий (б) материалы.

а) б)

в) г)

Рис. 2 . Внутризеренное (а, б, в) и межзеренное разрушение (г)