close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

157.Металловедческая экспертиза учеб.-метод. пособие для лаб. работ [для студентов спец. 150400

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки Российской Федерации
Сибирский федеральный университет
Металловедческая экспертиза
Учебно-методическое пособие для лабораторных работ
Электронное издание
Красноярск
СФУ
2012
1
УДК 669.017(07)
ББК 34.2я73
М54
Составители: А.А. Ковалева, В.И. Аникина
М54 Металловедческая экспертиза: учебно-методическое пособие для
лабораторных работ [Электронный ресурс] / сост. А.А.Ковалева,
В.И.Аникина. – Электрон. дан. – Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2012. –
Систем. требования: PC не ниже класса Pentium I; 128 Mb RAM; Windows
98/XP/7; Adobe Reader V8.0 и выше. – Загл. с экрана.
Учебно-методическое пособие предназначено для выполнения лабораторных
работ по курсу «Металловедческая экспертиза». Представлен алгоритм выполнения
экспертных работ. Приведены задания для выполнения экспертных лабораторных
работ.
Предназначено для магистров направления 150400 Металлургия, обучающихся
по магистерской программе 150400.68
УДК 669.017(07)
ББК 34.2я73
© Сибирский
федеральный
университет, 2012
Учебное издание
Подготовлено к публикации редакционно-издательским
отделом БИК СФУ
Подписано в свет 05.07.2012 г. Заказ 8371.
Тиражируется на машиночитаемых носителях.
Редакционно-издательский отдел
Библиотечно-издательского комплекса
Сибирского федерального университета
660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79
Тел/факс (391)206-21-49. E-mail [email protected]
http://rio.sfu-kras.ru
2
ВВЕДЕНИЕ
Экспертное исследование изделий и конструкций из металлов и сплавов
проводится для определения причин разрушения изделий, решения задач по
установлению соответствия марки материала требуемой, для определения
причин образования дефектов и т. д.
Деятельность эксперта начинается с изучения постановления
(определения) о назначении экспертизы, содержащего вопросы и исходные
данные для получения ответов на основе использования специальных
познаний. Таким образом, конечная цель задается эксперту заинтересованным
лицом и содержится в поставленной проблеме. Эта конечная цель принимается
за исходную и достигается в результате проведения экспертной работы.
В экспертном исследовании четко выделяются три этапа –
предварительный, аналитический и заключительный.
На предварительном этапе эксперт, получивший задание в виде вопроса,
содержащегося в назначении экспертизы, уточняет для себя цель исследования
(относит этот вопрос к определенному классу известных ему экспертных
ситуаций), конкретизирует объект исследования. Затем проверяет материалы с
точки зрения достаточности их для проведения исследования, намечает общий
план исследования, выделяет промежуточные задачи, предварительно
определяет комплекс и последовательность применения различных методов
исследования.
На аналитическом этапе путем применения различных методик выявляются
свойства объектов, которые интерпретируются, устанавливается их
взаимозависимость
и
взаимообусловленность,
в
результате
чего
последовательно разрешаются промежуточные ситуации, формируются новые,
устанавливается взаимосвязанная систем признаков, характеризующая объект
или какое-либо его состояние.
На заключительном этапе исследования подводится итог всей работы
эксперта и формулируется конечный вывод, т. е. дается ответ на поставленный
вопрос.
Вначале исследования проводят анализ химического состава материала.
По завершении исследования химического состава эксперт-металловед
переходит к исследованию структуры металла объекта.
Выявлением акродефектов внутреннего строения изделия (пустоты,
усадочные раковины, газовые включения, неоднородности в плотности
материала, непровары сварочного шва и т.п.), то применяются неразрушающие
микроскопические методы — ультразвуковая, магнитная, рентгеновская
интроскопия.
3
Следующим уровнем исследования внутренней структуры является
металлографический анализ. Понятие микроструктуры включает в себя
размерные и морфологические характеристики зерен (кристаллитов) металла
(твердого раствора на его основе) или различных фаз. Сюда же относятся
особенности топографии выделения микровключений или примесей,
выявляемые на металлографических шлифах. Основным методом изучения
микроструктуры является металлография. Важную роль здесь играет
количественная металлография, позволяющая определять как количество
сосуществующих фаз, так и размерные характеристики зерен каждой фазы.
Анализ особенностей текстуры материала изделия проводится также
методом рентгеновского анализа. На рентгенограммах (дифрактограммах)
металлов и сплавов, полученных на порошках, наличие текстуры проявляется в
изменении относительных интенсивностей линии каждой фазы и в
перераспределении интенсивности на дифракционных конусах некоторых
кристаллографических плоскостей.
Для определения механических свойств изделий из металлов и сплавов
используется большая группа физико-технических методов. Для определения
механических свойств используют испытания на растяжение и на изгиб, а
также измерения твердости и микротвердости. При испытании на растяжение
(сжатие) определяется сопротивление материалов воздействий внешних сил,
которое характеризуется пределами прочности, пропорциональности,
упругости, текучести, а также пластичность материала (относительное
удлинение и относительное сужение). В некоторых случаях необходимо
определение тепловых свойств, таких, как температуры фазовых превращений,
константы теплопроводности, линейного термического расширения и т.п., а
также некоторых электрических и магнитных свойств.
В целом возможности экспертных исследований изделий из металлов и
сплавов возрастают при использовании комплекса перечисленных методов.
4
Экспертиза проводится по следующему алгоритму:
1.Общая часть
- Получение задания
-Литература
2.Аналитическая часть:
- Внешний осмотр
- Исследование химического состава
- Металлографическое исследование
- Фрактографическое исследование
-Исследование механических свойств
-Исследование физических свойств
3.Синтезирующая часть
4. Выводы
5
Лабораторная работа 1
Экспертное исследование разрушения шарового крана
Получение задания: письменное обращение с постановкой задачи исследования
Цель работы:Определение причин разрушения крана
Материал: кран или его части
Литературные источники : используемые источники литературы подбираются
исследователем и приводятся в начале проведения исследования
Ход работы:
1.Анализ документации
2.Внешний осмотр данного материала (крана или его частей)- визуально или с
помощью лупы
3.Химический анализ - проводится в химической лаборатории
4.Металлографический анализ - с использованием микроскопов
4. Фрактографический анализ -с использованием микроскопов
5.Механические испытания – проводятся в механической лаборатории
экспертом или сотрудником лаборатории на разрывных машинах,
микротвердомере, универсальном приборе для определения твердости
6.Синтезирующая часть – выполняется экспертом на основании всех
полученных данных
7.Составление акта проведенного исследования.
ПРИМЕР:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
(ФГАОУ_ВПО СФУ)
«Институт цветных металлов и материаловедения»
№_1___ от «_30__»декабря 2011 г.
г Красноярск
Акт экспертизы
Определение причин разрушения крана
Экспертиза
Общая часть
Исследование проводилось на основании определения Центрального
районного суда г.Красноярска от «_11_» октября 2011 г.
6
Акт экспертизы подготовили: доцент, к.т.н. Ковалёва Ангелина
Адольфовна, определения Центрального районного суда г.Красноярска доцент,
к.т.н. Аникина Валентина Ильинична.
В определении Центрального районного суда г.Красноярска
перед экспертами поставлены следующие вопросы:
1. Определить причину разрушения корпуса шарового крана
2. Определить механизм разрушения корпуса шарового крана.
Для проведения экспертизы предоставлены фрагменты трубы с тройником,
уголком, части фрагмента ниппеля.
1. Исследование
При проведении исследования использовалась следующая литература:
1 Государственный стандарт РД 50-672-88 государственный комитет
СССР по стандартам Москва 1989 руководящий документ по стандартизации
методические указания. Расчеты и испытания на прочность. Классификация
видов изломов металлов РД 50-672-88.
2 Ботвина Л.Р. Разрушение: кинетика, механизмы, общие закономерности
/ Л.Р. Ботвина; отв. ред. И.И. Новиков; Ин-т металлургии и материаловедения
им. А.А. РАН. – М. Байкова РАН. – М.: Наука. 2008. – 334 с. – ISBN 978-5-02032647-7 (в пер.)
3.Осинцев О.Е. Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные
марки. / О.Е.Осинцев, В.Н. Федоров. Справочник. - М.: Машиностроение, 2004.
1.1 Внешний осмотр
Внешний осмотр проводили с применением бинокулярного микроскопа
Stemi 2000-С при увеличениях до 60 крат.
На исследование представлены фрагменты трубы с тройником, уголком,
части фрагмента ниппеля. Общий вид на рис. 1.
7
Рис.1 Внешний вид тройника
На поверхности шарового крана видна трещина с внешней стороны.
Трещина, наблюдаемая на поверхности шарового затвора - продольная,
локализованная и имеет начало от места расположения шара внутри тройника,
распространяясь и убывая вправо и влево от центра. Трещина имеет вид,
раскрывшейся снаружи створки, идущей из центра на поверхность, она
однородна по виду и находится на вздутой поверхности шарового крана,
разделяя заводское маркировочное обозначение « RR ½ ITALY», вторая часть
маркировки находится на противоположной стороне «DN 15 PN 40», где нет
выпуклостей, распирающей металл.
На поверхности части ниппеля видны сколы, зазубрины, следы коррозии.
Под окисленным слоем наблюдаются блестящие участки - сколы, неравномерно
чередующиеся с темными окисленными участками (рис.2). Следов
механического воздействия не обнаружено, то есть нет деформации ниппеля, нет
прогибов.
8
Рис 2.Труба, внутри которой часть оторванного ниппеля
Наличие продуктов коррозии коричнево-розового цвета видно на
поверхности разрушения внутренней части и ниппеля и тройника, в виде
тонкодисперсного порошкового вещества.
При рассмотрении трубы в тройнике, где и произошло разрушение
ниппеля видно, что разрушение возникло в месте, где ниппель вкручивается в
тройник и соединяется с металлом трубы, то есть с железом. Часть ниппеля,
вкрученная в тройник, осталась в нем (фото 2). Место соединения покрыто
продуктами окисления желто-коричневого цвета (цвета ржавления железа)
1.1.Металлографические исследования
Металлографические исследования проводили после травления шлифов в
растворе, состоящем из 5мл хлорного железа, 15мл соляной кислоты и 100мл
дистиллированной воды, на микроскопе Observer. D1m. при увеличении *800.
Фотография микроструктуры приведена на рис. 3.
В микроструктуре (рис.3) видны две фазы: α и игольчатая β, что
свидетельствует о том, что ниппель изготовлен из двухфазной латуни.
Распределение структурных составляющих говорит о том, что отжиг на латуни
был проведен.
Структура однородна по сечению, то есть нет дефектов металла
металлургического производства.
9
Рис.3 Микроструктура оторванной части ниппеля
1.2. Фрактографические исследования
Анализ изломов был сделан на обломанной части ниппеля на
микроскопе Stemi 2000-С .Фрактограммы приведены на рис 4.
Сломанный участок ниппеля представлен многоочаговым характером
разрушения, сильной шероховатостью и большим количеством трещин,
выходящих на поверхность разрушения (рис.4). Начальная зона разрушения ,
проходящая по первому витку резьбы, выглядит матовой, темной, покрыта
продуктами коррозии.
Наличие матовой зоны темного цвета, обладающей высокой
рельефностью говорит о вязком изломе, но при этом присутствуют участки
сколов с блестящей гладкой поверхностью, что свидетельствует о наличии
хрупкой составляющей излома, то есть в целом наблюдается смешанный излом.
Таким образом, излом является квазихрупким. Поскольку сколы расположены
по диаметру ниппеля практически равномерно, то можно судить об
усталостном характере излома, причем, ступеньки сколов говорят, что
разрушение произошло под действием циклической нагрузки.
10
Рис.4 Фрактограммы ниппеля
Так как количество сколов большое и их чередование равномерное по
окружности ниппеля, можно говорить о резком разрушении, то есть под
воздействием гидроудара. Такому разрушению предшествовало усталостное
коррозионное разрушение, которое образовало трещины, развивающиеся во
времени.
Деталь постоянно подвергалась коррозии, так как контактировала с
горячей водой, которая содержит некоторое количество примесей. Коррозию
металла подтверждают следы ржавчины на поверхности детали.
Шаровый кран постоянно подвергается динамической нагрузке,
изменяющейся с изменением напора воды и перепадам температуры.
Наличие трещины в корпусе крана, ее вид (сквозная и блестящая на всем
протяжении), может свидетельствует о том, что она получена при резком
увеличении давления воды в трубе - гидроудара.
Этим объясняется изгиб стенок корпуса изнутри и раскрытием трещины.
Напряжения при свободно текущей воде в трубе жилищно-коммунального
хозяйства составляет примерно 6 МПа. При гидроударе напряжения возрастают
многократно (расчетные значения примерно равны 161 МПа).
Вода, проходя через трещину, не уменьшает давления, что приводит к
разрушению резьбовой части. Порядок разрушения корпуса крана происходил в
.последовательности – образование трещины в корпусе, а затем отрыв ниппеля
Таким образом, можно говорить о разрушении, происходящим под
действием высокого давления воды и циклического нагружения.
11
3. Выводы
1. Разрушение шарового крана вызвано образованием трещины на трубе за
счет резкого повышения давления воды в трубе.
2.Отделение части ниппеля произошло за счет усталостного разрушения и
вибрации от вытекающей воды из трещины в корпусе, а также коррозионного
воздействия, происходящего при эксплуатации крана.
2.Ниппель находился за счет резьбового соединения в напряженном состоянии.
Разрушение произошло по первому витку резьбы ниппеля, где максимально
сказывалось воздействие напряжения.
3.Коррозионное воздействие способствовало образованию трещин,
развивающихся при напряженном состоянии резьбового соединения, и при
небольшом гидроударе происходит разрушение , которое приводит к резкому
разрыву ниппеля.
ЭКСПЕРТЫ:
Доцент, ктн Ковалёва Ангелина Адольфовна.
Доцент, ктн Аникина Валентина Ильинична.
12
Лабораторная работа 2
Цель работы:Определение соответствия марки стали
Получение задания: письменное обращение с постановкой задачи исследования
Литературные источники : используемые источники литературы подбираются
исследователем и приводятся в начале проведения исследования
Анализ документации и внешний осмотр данного материала
Материал: лист, часть трубы, образец
Химический анализ - Проводится в химической лаборатории
Металлографический анализ – Проводится исследователем металловедом
(экспертом)
Механические испытания – проводятся в механической лаборатории экспертом
или сотрудником лаборатории
Синтезирующая часть – выполняется экспертом на основании всех полученных
данных
Составляется акт проведенного исследования и делаются выводы.
ПРИМЕР
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
(ФГАОУ_ВПО СФУ)
«Институт цветных металлов и материаловедения»
№____ от «___»декабря 2011 г.
г Красноярск
Акт экспертизы
Определение соответствия марки стали STS304
Экспертиза
Общая часть
Исследование проводилось на основании обращения -----------Акт экспертизы подготовили: доцент, к.т.н. Ковалёва Ангелина
Адольфовна, доцент, к.т.н. Аникина Валентина Ильинична.
В обращении Татьяны Владимировны--------------перед экспертами
поставлены следующие вопросы:
1. Определить химический состав стальной трубы
2. Определить соответствие марки стали .
13
Для проведения экспертизы предоставлена труба и предполагаемый материал
марки- STS304
1. Исследование
При проведении исследования использовалась следующая литература:
1. Марочник сталей и сплавов/А.С.Зубченко,М.М.Колосков,Ю.В.Каширский, и
др.Под общей ред.А.С.Зубченко-М,:Машиностроение,2003,784 с .с илл.
2.ГОСТ 5582-75 Межгосударственный стандарт. Прокат тонколистовой,
коррозионностойкий и жаропрочный
3.ТУ ИПК , издательство стандартов, Москва,2003г
2.1.Внешний осмотр
Внешний осмотр проводили визуально и с применением бинокулярного
микроскопа Stemi 2000-С при увеличениях до 60 крат.
На исследование представлена стальная труба . Поверхность
отполирована до блеска. Толщина стенки равна 1мм. Дефектов видимых
невооруженным глазом не наблюдали.
2.2.Металлографические исследования
Для проведения металлографического анализа образцы вырезали из
предоставленной трубы размером 10х10 мм. Металлографические исследования
проводили после травления шлифов в растворе, состоящем из 5мл хлорного
железа, 15мл соляной кислоты и 100мл дистиллированной воды, на микроскопе
Observer. D1m. при увеличении *200-*1600. Фотография микроструктуры стали
при разных увеличениях приведена на рис. 1.
14
Рис.1 Микроструктура стали при разном увеличении Рис.2 Микроструктура стали ,*100 Микроструктура при небольших увеличениях (порядка *100) представляет
собой строчечную структуру - вытянутые зерна твердого раствора в одном
направлении, что свидетельствует о деформированном состоянии (рис.2) .
Большие увеличения (порядка *1000) позволяют определить размер и взаимную
ориентацию зерен твердого раствора. Видно, что зерна дисперсные, углы
разориентировки между ними небольшие (менее 10 град.), представлено на
рис.3.
В микроструктуре (рис.1) видна одна фаза - твердый раствор на основе
железа. Структура однородна по сечению, то есть нет дефектов металла
металлургического производства. Зерна твердого раствора вытянуты в
направлении прокатки , что может говорить о неравномерном распределении
свойств в продольном и поперечном направлени, то есть наличии анизотропии
свойств.
15
2.3. Фрактографические исследования
Анализ изломов был сделан на образцах после исследования их на
механические свойства – растяжением. Исследование поверхностей изломов
проводили на растровом электронном микроскопе .Фрактограммы
приведены на рис 4.
По фрактограммам видно, что излом вязкий, чашечный. Однако,
поверхность материала имеет несколько отличительный вид излома за счет
больших степеней деформации (нагартовки) в приповерхностных слоях
трубы. Здесь видна граница между чашечным видом разрушения отрывом и
зоной гладкого разрушения – срезом.
16
Рис.4 Фрактограммы изломов
3. Исследование механических свойств
Исследования проводились в несколько этапов. На первом этапе из
представленной для исследований трубы, путем механической обработки
были изготовлены образцы для механических испытаний.
На следующем этапе исследований полученные образцы были
подвергнуты испытаниям на растяжение при помощи испытательной
машины Walter + BaiAGLFM – 400 усилием 400 кН. Во время испытаний
основные параметры процесса фиксировались на ЭВМ в виде диаграмм
(приложение. 1). Для набора статистической информации каждое испытание
повторялось 3 раза. В результате математической обработки полученных
данных были определены средние значения механических свойств.
Протоколы испытания представлены в приложении 1.
По представленным данным видно, что материал деформируется
пластично, однородно, предел текучести
соответствует 521МПа, предел
прочности на разрыв - 782,2МПа, относительное удлинение - 40,9%. , что по
данным ГОСТ 5582-75 Межгосударственный стандарт. Прокат тонколистовой,
коррозионностойкий и жаропрочный соответствует полунагартованному
состоянию аустенитной стали.
Механические свойства показывают, что материал находится в
упрочненном, нагартованном состоянии.
17
4. Исследование химического состава
Химический состав определяли в лаборатории по стандартной методике.
Результаты исследования показали, что сталь состоит из следующих элементов:
Химический состав стали,%
Марка
C
Cr
Si
Ti
V
Cu
S
P
Mn Ni 0,04 14,31 3,8
7,14 0,48
0,06 1,39 0,002 0,011
STS304
0,8
18
9
(Х18Н9)
остальное- Fe
Группа аустенитных сталей должна содержать порядка 18% хрома и 9-10%
никеля. Однако часть никеля заменена на марганец, что не изменяет структуру
стали, так как оба элемента - аустенитообразующие.
По предполагаемому составу STS304, данная сталь отличается наличием 7,14%
марганца, 1,39%меди и остатками ванадия.
Марка стали при наличие такого состава компонентов не соответствует
требуемой поГОСТу.
5. Выводы
1. Марка стали трубы не соответствует требуемой STS304
(Х18Н9)
2.Сталь имеет механические свойства равноценные стали STS304,
однородную аустенитную структуру.
ЭКСПЕРТЫ:
Доцент, ктн Ковалёва Ангелина Адольфовна.
Доцент, ктн Аникина Валентина Ильинична.
Подписи А. А. Ковалёвой, В. И. Аникиной заверяю:
18
Лабораторная работа №3
Определение марки арматурных материалов
Цель работы:Определение соответствия марки арматурных материалов
Получение задания: письменное обращение с постановкой задачи исследования
Литературные источники : используемые источники литературы подбираются
экспертом и приводятся в начале проведения исследования
Анализ документации,
внешний осмотр данного изделия (арматура)
Материал:
арматура
Химический анализ - Проводится в химической лаборатории
Металлографический анализ – Проводится исследователем металловедом
(экспертом) на металлографическом оборудовании
Фрактографический анализ –с использованием микроскопов
Исследование твердости материала – оборудование-унивесальный твердомер.
Механические испытания – проводятся в механической лаборатории экспертом
или сотрудником лаборатории на разрывной машине
Синтезирующая часть – выполняется экспертом на основании всех полученных
данных
Составляется акт проведенныхисследований и делаются выводы.
ПРИМЕР
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
(ФГАОУ_ВПО СФУ)
«Институт цветных металлов и материаловедения»
№____ от «___» отктября 2011 г.
г Красноярск
Акт экспертизы
Определение химического состава и свойств арматурных прутков
Общая часть
Экспертиза проводилась на основании обращения ЗАО
Сталепромышленной компании в лице Емельяненко Евгения Игоревича
от «_30_» сентября 2011 г.
19
Акт экспертизы подготовили: доцент, к.т.н. Ковалёва Ангелина Адольфовна,
доцент, к.т.н. Аникина Валентина Ильинична.
В обращении Сталепромышленной компании перед экспертами поставлены
следующие вопросы:
1 Определить химический состав прутков.
2 Определить механические свойства прутков.
3 Определить соответствие полученных результатов исследования с марками
стали 35ГС, 25Г2С.
Для проведения экспертизы предоставлены прутки арматуры разных
диаметров.
1. Исследование
При проведении исследования использовалась следующая литература:
1 Государственный стандарт ГОСТ 380 – 94 .Сталь углеродистая обыкновенного
качества.
2 Государственный стандарт ГОСТ 4543 – 94. Сталь легированная
конструкционная..
3 Лившиц Б.Г. Металлография М.: Металлургия, 1990. – 236 с.
4.Тылкин М.А. Справочник термиста ремонтной службы. М.: Металлургия,
1981._-648с
5.Марочник сталей и сплавов 2-е изд., доп. и испр. / А.С.Зубченко и др.М.:
Машиностроение, 2003.- 784 с.
1.1. Исследование химического состава
Исследование химического состава прутков проводилось на волновом
спектрометре (рентгеновский анализатор VRL- 30) при напряжении 40В, силе
тока 20мА с использованием различных кристаллов. Химический состав
прутков приведён в приложении 1.
1.2 Металлографические исследования
Металлографические исследования проводили после травления шлифов в 3%
спиртовом растворе азотной кислоты на микроскопе Observer. D1m. при
увеличении *160. Фотографии микроструктур даны в приложении 2.
1.3 Фрактографические исследования
Анализ изломов был сделан на образцах, полученных после испытаний на
растяжение на микроскопе Stemi 2000-С .Фрактограммы приведены в
приложении 3.
1.4 Механические испытания
Исследования проводились в несколько этапов. На первом этапе из
представленной для исследований арматуры, путем механической обработки
были изготовлены образцы для механических испытаний.
20
На следующем этапе исследований полученные образцы были
подвергнуты испытаниям на растяжение при помощи испытательной
машины Walter + BaiAGLFM – 400 усилием 400 кН. Во время испытаний
основные параметры процесса фиксировались на ЭВМ в виде диаграмм
(приложение. 4). Для набора статистической информации каждое испытание
повторялось 3 раза.
В результате математической обработки полученных данных были
определены средние значения механических свойств арматуры различных
диаметров (табл. 1)
Таблица 1 –Средние значения механических свойств
Вид изделия
Арматура Ø 17,5 мм
Арматура Ø 15,0 мм
Арматура Ø 13,5 мм
Арматура Ø 11,0 мм
Механические свойства
σв, МПа
σ0,2, МПа
δ, %
613,4
393,6
24,6
684,7
604,6
18,8
599,2
372,5
27,7
557,5
341,5
26,2
2. Синтезирующая часть
На основании выполненных исследований эксперты приходят к
следующему заключению.
Химический состав прутков разного диаметра различен.
Пруток диаметром 11мм соответствует марке стали Ст 3пс по ГОСТ 380-94
(приложение1). Структура стали феррито-перлитная, в которой феррит
составляет основную часть , что характерно для низкоуглеродистых сталей
(приложение2). Фрактограмма поверхности разрушения разрывного образца
подтверждается вязким характером разрушения(приложение 3)
Пруток диаметром 13,5мм соответствует марке стали 35Г по ГОСТ 4543-94
(приложение1). Структура стали феррито-перлитная. Она существенно
дисперснее, чем в стали прутка диаметром 11мм , за счет легирования твердого
раствора феррита (приложение2). Фрактограмма поверхности разрушения
разрывного образца подтверждается хрупко-вязким характером
разрушения(приложение 3), характерным для этой стали.
Пруток диаметром 15мм соответствует марке стали 50,55 по ГОСТ 380-94
(приложение1). Структура стали феррито-перлитная, в которой перлит
составляет основную часть, что характерно для качественных конструкционных
углеродистых сталей (приложение2). Фрактограмма поверхности разрушения
разрывного образца подтверждается вязким характером разрушения(приложение
3)
Пруток диаметром 17,5мм соответствует марке стали 35Г по ГОСТ 4543-94,
как в прутке диаметром 13,5мм (приложение1). Структура стали феррито-
21
перлитная (приложение2),но в сравнении с прутком диаметром 13,5мм она более
мелкодисперсная, что можно объяснить большим содержанием хрома на 0,1%.
Поверхность излома разрывного образца имеет хрупко-вязкое разрушение
(приложение 3). Механические свойства образцов из прутков различного
диаметра отличаются. Это подтверждает то, что они из различных сталей.
Самые высокие значения прочностных характеристик у образцов, из
углеродистой конструкционной стали 50. Предел текучестиσт=604,6МПа и
предел прочностиσв=684,7МПа (пруток диаметром 15мм).
Образцы из стали 35Г имеют предел текучести σт=372,54,63МПа ,
предел прочности σв=599,68МПа (пруток диаметром 13,5мм).
Образцы из стали 35Г имеют предел текучестиσт=393,6МПа ,
предел прочности σв=613,4МПа (пруток диаметром 17мм).
3. Выводы
Пруток диаметра 11мм соответствует марке Ст 3сп,
Пруток диаметра 13,5мм соответствует марке 35Г,
Пруток диаметра 15мм соответствует марке 50,
Пруток диаметра 17,5мм соответствует марке 35Г
ЭКСПЕРТЫ:
Доцент, ктн Ковалёва Ангелина Адольфовна.
Доцент, ктн Аникина Валентина Ильинична.
Подписи А. А. Ковалёвой, В. И. Аникиной заверяю:
22
Приложение 1
Химический состав арматурных сталей класса прочности А -111, %
марка
35ГС
25Г2С
С
Si
0,3-0,37 0,6-0,9
0,2-0,29 0,6-0,9
Mn
0,8-1,2
1,2-1,6
Cr
до0,3
до0,3
Ti
-
предел текучести σт=40 кгс/мм2
предел прочностиσв =60 кгс/мм2
относительное удлинение δ = 14%
Приложение 2
23
S
0,045
0,045
P
0.04
0.04
а) Микроструктура стального образца диаметром 11мм б) Микроструктура стального образца диаметром 13,5мм 24
в) Микроструктура стального образца диаметром 15мм г) Микроструктура стального образца диаметром 17,5мм 25
Приложение 3
а) Макроструктура излома стального образца диаметром 11мм б) Макроструктура излома стального образца диаметром 11мм 26
в) Макроструктура излома стального образца диаметром 13,5мм г) Макроструктура излома стального образца диаметром 15мм 27
д) Макроструктура излома стального образца диаметром 17,5мм 28
Приложение 4
29
30
31
32
Лабораторная работа №4
Экспертное исследование разрушения часов
Цель работы:Определение причины разрушения часов
Получение задания: письменное обращение с постановкой задачи исследования
Литературные источники : используемые источники литературы подбираются
исследователем и приводятся в начале проведения исследования
Анализ документации и внешний осмотр данного материала (арматуры)
Материал: часы механические “Чайка” с разрушенными металлическими
ушками для крепления браслета и браслет металлический
Химический анализ - Проводится в химической лаборатории
Металлографический анализ – Проводится исследователем металловедом
(экспертом)
Механические испытания – проводятся в механической лаборатории экспертом
или сотрудником лаборатории
Синтезирующая часть – выполняется экспертом на основании всех полученных
данных
Составляется акт проведенного исследования и делаются выводы.
ПРИМЕР
Подписка
Мне (нам), сотруднику (-ам) Красноярской лаборатории судебной
экспертизы
Семьиной Елене Павловне, Биронту Виталию Семеновичу
в связи с поручением провести экспертизу по иску Щербак М.Д. к
Вишневскому О.Е. о защите прав потребителя, руководителем экспертного
учреждения в соответствии со ст.187 УПК РСФСР разъяснены права и
обязанности эксперта, предусмотренные ст 76 ГПК РСФСР и ст. 82 УПК
РСФСР
Об ответственности за дачу заведомо ложного заключения по ст. 307
УК РФ предупреждены
“20“ ноября 2001 года
( подпись)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ЭКСПЕРТА
33
Составлено “27 ”ноября 2001 г.
№ 878-11-01
20 ноября 2001 г. в Красноярскую ЛСЭ МЮ РФ при определении от 8.11.01
мирового судьи судебного участка № 52 в Кировском районе г. Красноярска
Мовчун Л.В. по иску Щербак М.Д. к Вишневскому О.Е. о защите прав
потребителя для производства криминалистической экспертизы металлов,
сплавов и изделий из них поступили:
-материалы дела №2-119 52 2001;
-часы механические “Чайка” с разрушенными металлическими ушками для
крепления браслета и браслет металлический (доставлены в ЛСЭ лично Щербак
М.Д. 20.11.01, помещенными в черный пластмассовый футляр)
Обстоятельства дела кратко изложены в определении о назначении
экспертизы.
На разрешение экспертизы поставлены вопросы:
“1.Имеют ли наручные женские часы марки “ЧАЙКА”-1601 А модели
“Ариадна” дефекты производственного характера, можно ли считать такие
дефекты (если они имеются) скрытыми или они носят явный характер?
2.В результате чего могли образоваться дефекты (повреждения) и в частности
дефекты браслета на часах?
3. Могли ли сломаться часы по причине неправильной эксплуатации?
4.Возможны ли повреждения браслета часов в результате неправильной носки
изделия, возможно ли оборвать концы корпуса часов при неправильной
эксплуатации (например, в случае зацепления за тюлевую штору)?
5. Является ли браслет часов и корпус часов единым механизмом, можно ли
сказать, что в данном случае нарушен корпус часов, а не поврежден браслет
часов? Возможна ли замена браслета часов без замены корпуса часов?
6. Предусматривает ли такая конструкция часов надежность в эксплуатации,
обеспечивает ли такой способ крепления браслета к корпусу часов надежность
в эксплуатации и использование часов при массивном браслете?
7. Какое давление должны выдержать часы, чтобы не оторвался браслет и не
лопнул корпус часов, и какое давление было применено к часам в данном
случае?
8. Являются ли нарушением правил эксплуатации часов зацепление их за штору
и порыв при этом корпуса часов? Чем нужно руководствоваться при
определении нарушения правил эксплуатации? Усматривается ли в данном
случае вина потребителя?
9. В случае признания экспертами корпуса часов некачественным, сообщить
какие технические нормы и технологические процессы изготовления были
нарушены, как были экспертом установлены выявленные дефекты и какие для
этого и какие для этого проводились исследования (ссылки на ГОСТы)?
Производство экспертизы поручено20 ноября 2001г:
34
- старшему эксперту отдела КЭМВИ Семьиной Елене Павловне, имеющей
высшее образование по специальности “Металловедение”, экспертную
квалификацию: “ Исследование изделий из металлов и сплавов”, стаж работы
в ЛСЭ с 1989 года;
-эксперту Биронту Виталию Семеновичу, имеющему высшее образование по
специальности “Металловедение”, ученую степень доктора технических наук,
ученое звание профессора, квалификацию эксперта ГУ РИНКЦЭ министерства
промышленности , науки и технологий Российской Федерации, стаж работы в
ЛСЭ с 2001 года.
Ознакомившись с материалами дела, исходя из своих специальных познаний,
компетенции эксперты решают следующие вопросы:
1. Каковы характер и механизм образования повреждений представленных на
исследование часов с браслетом?
2. Имеются ли в месте образования повреждений какие-либо производственные
дефекты (дефекты изготовления)?
3.Какова была величина разрушающей нагрузки поврежденных деталей часов с
браслетом? Возможно ли образование данных повреждений при
обстоятельствах, указанных в материалах дела, а именно, при зацеплении рукой
с часами о тюлевую штору?
Решение остальных вопросов не входит в компетенцию экспертовметалловедов.
Используемая литература:
1. Металловедение. А.П. Гуляев, М.: “Металлургия”, 1986 г.
2. Анализ изломов при оценке надежности материалов. Т.А. Гордеева, И.П.
Жегина, М.: ”Машиностроение”, 1978 г.
3. Промышленные цветные металлы и сплавы. А.П. Смирягин, Н.А. Смирягина,
А.В. Белова, М.: “Металлургия”, 1974 г.
4.Справочник товароведа. Непродовольственные товары. М.: ”Экономика”,
1983 г.
35
ИССЛЕДОВАНИЕ
1. Внешний осмотр
Внешний осмотр представленных объектов проводился как визуально,
так и в поле зрения бинокулярного стереоскопического микроскопа МБС-9
(увеличение до 16х, свет искуcственный отраженный). Размеры определялись с
использованием микрометра с точностью до 0,1мм.
Внешний вид поступивших на исследование часов с браслетом см. на
фото №1.
Фото 1 – внешний вид часов.
На исследование представлены часы женские с браслетом . На
циферблате часов имеются маркировочные данные: “ЧАЙКА. 17 камней.
Сделано в России”, на оборотной стороне корпуса - цифровые обозначения:
“147242”. Корпус часов и браслет - металлические, с белым, блестящим
металлическим покрытием. Циферблат часов - круглой формы, общий диаметр
- 22 мм. Ушки корпуса для крепления к часам браслета разрушены. Отдельно
представленный браслет с декоративными украшениями имеет длину около 175
мм. Части браслета застегнуты на механический замок. По краям браслета, на
деталях крепления его к часам, в так называемых серьгах, наблюдаются
фрагменты разрушенных ушек корпуса, закрепленные на штифтах.
При сопоставлении разрушенных частей ушек корпуса с частями,
оставшимися в серьгах браслета, установлено, что ранее они составляли единое
целое, о чем свидетельствуют общие поверхности разделения.
36
Ушки корпуса для крепления к часам браслета изготовлены из металла
(сплава) светло-желтого цвета, очевидно, из латуни; соединены с корпусом
методом пайки, на что указывает наличие специфических наплывов по всему
периметру основания ушка.
Разрушение произошло по основному материалу ушек: в зоне
конструктивного концентратора напряжений в виде перехода сечения
основания ушка к его телу , а не по месту их пайки (см. схему, рис.1).
Разрушений в местах пайки не имеется. Признаков, указывающих на
недостаточное качество пайки, нет.
Основание ушек имеет форму поперечного сечения в виде овала,
размерами 1,3х1,9 мм, высота основания около 0,3 мм (это оставшаяся на
корпусе припаяная часть), толщина ушка - 1,3 мм, диаметр тела ушка - 3,3 мм,
общая высота - 3,5 мм.
Размеры серег браслета: высота - 2,3 мм; общая ширина - 3,9 мм;
ширина паза - 1,6 мм; ширина со штифтом - 5,1 мм.
Кроме разрушения ушек корпуса, на поверхности часового стекла
имеется несколько хаотично расположенных царапин.
На браслете механические повреждения отсутствуют.
С целью исследования механизма образования повреждений ушек
корпуса проводилось фрактографическое исследование поверхностей
разрушения.
2. Фрактографическое исследование поверхностей разрушения
ушек корпуса часов
Поверхности разрушения были осмотрены в поле зрения микроскопа
МБС-9 при искусственном отраженном свете, увеличении 16-56х.
Поверхности происшедшего разрушения 2-х ушек крепления корпуса к
браслету, соответственно, представлены 2-мя участками изломов.
Изломы пересекают основания ушек по поперечной плоскости
относительно продольной оси ушек.(см. фото №1, схему № 1)
Обе поверхности изломов имеют одинаковый характер и рисунок
рельефа, что свидетельствует о едином механизме их образования (см. фото
№№ 2,3).
37
Изломы - однородные, тонковолокнистые. Какие-либо
металлургические дефекты на их поверхности отсутствуют. Нет “старых”
трещин, признаков усталостного разрушения деталей. Т. е. признаков,
указывающих на недостаточное качество металла разрушенных ушек, не
имеется.
На боковой поверхности ушек, вблизи места излома наблюдаются следы
пластической деформации в виде сдвигов - скрученностей линий технологических рисок. Рисунок изломов обладает характерными
особенностями в виде спиральной закрученности волокон с центром
закрученности в серединной части излома, что в совокупности является
специфичным для приложения нагрузки при кручении (см. фото № № 2,3 ).
Таким образом, в результате фрактографического исследования
установлено, что разрушение обоих ушек корпуса часов произошло
одномоментно, в зоне действия естественного конструктивного концентратора
напряжений: в месте перехода основания ушка (высотой - 0,3 мм ) к его телу
(высотой - 3,2мм) под действием нагрузки скручивающего характера, величина
которой превысила конструктивную прочность данной детали часов.
Металлургических дефектов в месте излома не имеется.
С целью установления величины разрушающей нагрузки был применен
метод прочностного расчета.
3. Расчет усилия скручивания основания ушка в области опасного
сечения и концентратора напряжений
Расчет выполнен в соответствии с обнаруженным при экспертном
исследовании механизмом разрушения, заключающемся в скручивании
основания ушка в области опасного сечения и концентратора напряжений при
возникновении касательных напряжений кручения, превысивших предел
прочности при сдвиге. Расчет носит оценочный характер, который позволяет
лишь установить порядок величины усилий, приложенных к разрушенной
системе, и могли возникнуть при неосторожном обращении с часами при их
использовании. Поэтому расчет проводился без проведения химического
анализа состава материала, из которого изготовлен корпус часов и припаянные
к нему ушки крепления часов в браслете. При этом учитывали, что в изломе
металл разрушенного ушка имеет характерный желтый цвет, что позволяет
отнести материал к классу латуней, наиболее распространенной из которых
является латунь Л90, ГОСТ 15527-70, которая используется в промышленности
для изготовления штампованных изделий методами обработки давлением [3].
Согласно этому же источнику, предел прочности при сдвиге латуни Л90
составляет 16,5 кгс/мм2, т.е. 165 МПа.
38
При расчете исходили из того, что касательные напряжения при
скручивании (τ) определяются отношением значения крутящего момента М к
моменту сопротивления сечения W:
M
.
W
τ=
(1)
При этом, для оценочных расчетов момент сопротивления сечения может
быть определен как для цилиндрического стержня, диаметр которого равен
среднему значению размеров овального сечения:
dср = 0,5(1,3+1,9)= 1,6 мм =1,6·10-3, м
Момент сопротивления стержня равен:
W =
π ⋅ d ср
16
.
Выразив из формулы (1) значение крутящего момента, и подставив
значение напряжений сдвига, соответствующих пределу прочности материала
ушка (τсд), а также учитывая, что при скручивании разрушались одновременно
два сечения ушек, получаем значение суммарного скручивающего момента М:
2 ⋅ τ сд ⋅ π ⋅ d 3 2 ⋅165 ⋅ 3,14 ⋅1,63 ⋅10−9
M =
=
= 265,3 ⋅ 10− 3 , Н ⋅ м = 265,3, Н ⋅ мм .
16
16
Такой скручивающий момент на ушки мог возникнуть при действии силы,
приложенной к корпусу часов, имеющих наружный диаметр 22 мм и радиуса,
R=11 мм. В условиях жесткого закрепления ушек в серьгах браслета
скручивающий момент образован действием силы F, приложенной к корпусу
часов. При этом наружный радиус корпуса часов R характеризует плечо рычага,
которое в совокупности с силой F, вызывает возникновение скручивающего
момента М, т.е.:
M=F·R
(2)
Выражая из уравнения (2) значение силы F, получим:
F=
M 265,3
=
= 24,1H = 2,46кгс .
R
11
Таким образом, оценочный расчет показал, что максимально допустимые
усилия, прикладываемые к краю корпуса часов, имеют значения около 2,5 кгс.
39
4. Синтезирующая часть
В результате проведенных исследований установлено следующее.
Представленные на исследование часы “Чайка” имеют повреждения
корпуса в виде разрушения обоих ушек для крепления браслета и нескольких
хаотично расположенных царапин на часовом стекле.
Разрушение обоих ушек корпуса произошло одномоментно, в результате
проворачивания корпуса часов относительно неподвижного браслета, под
действием внешней приложенной нагрузки скручивающего характера.
Конструкция данной модели часов “Чайка” такова, что ушки корпуса
для крепления к ним браслета являются жесткими концентраторами
напряжения кручения, возникающего при приложении к краю корпуса часов
внешней нагрузки изгибающего характера. Данное разрушение произошло в
зоне действия этого естественного конструктивного концентратора напряжений
- в месте перехода основания к телу ушка.
Прочностной расчет показал, что для разрушения скручиванием ушек
корпуса представленных часов “Чайка” достаточно приложения нагрузки
величиной в 2,5 кгс.
Разрушение обоих ушек корпуса возможно при обстоятельствах,
указанных в материалах дела, т.е. при зацеплении рукой с часами о тюлевую
штору.
Дефектов производственного характера в местах разрушений ушек
корпуса представленных часов не имеется.
Браслет часов не имеет механических повреждений.
Царапины на поверхности часового стекла образовались при контактном
взаимодействии с твердой шероховатой поверхностью, что также
свидетельствует о приложении к часам внешних механических нагрузок.
На основании вышеизложенного, эксперты формулируют следующие
выводы.
40
ВЫВОДЫ
1. Представленные на исследование часы “Чайка” имеют механические
повреждения в виде разрушений двух ушек корпуса для крепления с браслетом
и поверхностных царапин на часовом стекле. Браслет не имеет механических
повреждений.
Разрушение тонких ушек, соединяемых с корпусом часов методом
пайки, произошло в зоне действия естественного конструктивного
концентратора напряжений - в месте перехода сечения основания к телу ушка,
под действием внешней приложенной нагрузки, в результате проворачивания
корпуса часов относительно неподвижного браслета.
Царапины на часовом стекле образовались в результате контактного
взаимодействия с твердой шероховатой поверхностью.
2. В месте разрушений ушек корпуса часов не имеется дефектов
производственного характера.
3.Для разрушения ушек корпуса часов достаточно нагрузки
проворачивающего характера величиной 2,5 кгс, приложенной к краю корпуса
часов, что могло произойти при зацеплении рукой с часами, например, о
тюлевую штору.
Эксперты:
Семьина Е.П.
Биронт В.С.
41
Схема № 1 Схема конструктивных элементов соединения наручных часов "Чайка" модели "Ариадна" с браслетом, и места разрушения ушек Эксперты: Семьина Е.П. Биронт В.С. 42
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
127
Размер файла
6 665 Кб
Теги
157, метод, учеб, лаб, работа, экспертиза, металловедческая, пособие, спец, 150400, студентов
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа