Криминалистическое исследование металлов, сплавов и изделий из них

Криминалистическое исследование металлов, сплавов и изделий из них

© Кафедра технико-криминалистического обеспечения экспертных исследований

Москва, 2009

21.11.2015 18:45

1

Вопрос 1. Понятие металлов, сплавов и изделий из них, их свойства и

признаки

21.11.2015 18:45

2

Литье металла в древности на Востоке

21.11.2015 18:45

3

Термин «металл» произошёл от греческого слова m

tallon (от metall?u? – выкапываю, добываю из земли), которое означало первоначально копи, рудники (в этом смысле оно встречается у Геродота, 5 в. дон. э.). То, что добывалось в рудниках, Платон называл metall?ia. В древности и в средние века считалось, что существует только 7 металлов:

Железо

Олово

Золото

Медь

Свинец

Ртуть

Серебро

21.11.2015 18:45

4

По алхимическим представлениям, металлы зарождались в земных недрах

под влиянием лучей планет и постепенно крайне медленно совершенствовались, превращаясь в серебро и золото.

Алхимики полагали, что металлы – вещества сложные, состоящие из «начала металличности»(ртути) и «начала горючести» (серы).

21.11.2015 18:45

5

В начале 18 в. получила распространение гипотеза, согласно которой

металлы состоят из земли и «начала горючести» –флогистона. М.В. Ломоносов насчитывал 6 металлов (Au, Ag, Cu, Sn, Fe, Pb) и определял металл как «светлое тело, которое ковать можно».

В кон. 18 в. А.Л. Лавуазье опроверг гипотезу флогистона и показал, что металлы – простые вещества. В 1789 Лавуазье в руководстве по химии дал список простых веществ, в который включил все известные тогда 17 металлов (Sb, Ag, As, Bi, Co, Cu, Sn, Fe, Mn, Hg, Mo,Ni, Au, Pt, Pb, W, Zn).

21.11.2015 18:45

6

По мере развития методов химического исследования число известных

металлов возрастало. В 1-й пол. 19 в. были открыты спутники Pt, получены путём электролиза некоторые щелочные и щёлочноземельные металлы, положено начало разделению редкоземельных металлов, открыты неизвестные металлы при химическом анализе минералов.

В 1860-63 методом спектрального анализа были открыты Cs, Rb, Tl, In. Блестяще подтвердилось существование металлов, предсказанных Д. И. Менделеевым на основе его периодического закона. Открытие радиоактивности в кон. 19 в. повлекло за собой поиски природных радиоактивных металлов, увенчавшиеся полным успехом.

21.11.2015 18:45

7

Методом ядерных превращений начиная с сер

20 в. были искусственно получены радиоактивные металлы, в частности трансурановые элементы. В конце 19 – начале 20 вв. получила физико-химическую основу металлургия –наука о производстве металлов из природного сырья. Тогда же началось исследование свойств металлов и их сплавов в зависимости от состава и строения.

21.11.2015 18:45

8

Основные виды ядерных превращений, приводящие к испусканию

радиоактивных излучений

21.11.2015 18:45

9

Основы современного металловедения были заложены выдающимися русскими

металлургами П.П. Аносовым (1799–1851) и Д.К. Черновым (1839–1921), впервые установившими связь между строением и свойствами металлов и сплавов. П. П. Аносов заложил основы учения о стали, разработал научные принципы получения высококачественной стали, впервые в мире в 1831 г. применил микроскоп для исследования строения металлов.

21.11.2015 18:45

10

Д. К. Чернов продолжил труды П. П. Аносова

Он по праву считается основоположником металлографии – науки о строении металлов и сплавов. Его научные открытия легли в основу процессов ковки, прокатки, термической обработки стали. Открытые Д. К. Черновым критические точки в стали явились основой для построения современной диаграммы состояния системы железо – углерод.

Классические труды «отца металлографии» Д. К. Чернова развивали выдающиеся русские ученые. Первое подробное описание структур железоуглеродистых сплавов было сделано А. А. Ржешотарским(1898).

21.11.2015 18:45

11

Классификация металлов и сплавов

21.11.2015 18:45

12

Металлы

Простые вещества, обладающие характерными свойствами: высокой тепло- и электропроводностью, прочностью, блеском, непрозрачностью даже в тонких пленках, ковкостью, жаропрочностью, которые обусловлены наличием в их кристаллической решетке большого числа свободно перемещающихся электронов.

21.11.2015 18:45

13

Строение металлов

Металлы - кристаллические тела с закономерным расположением атомов в узлах пространственной решетки.

21.11.2015 18:45

14

Сплавы — твердые кристаллические тела, состоящие из 2-х и более

металлов и неметаллов.

Легирующий элемент — химический элемент (чаще всего металл), специально вводящийся в состав металлических сплавов для изменения их строения, придания определенных физических, химических или механических свойств. Установление количественного содержания легирующих элементов позволяет дифференцировать сплавы по маркам

21.11.2015 18:45

15

21

11.2015 18:45

16

Классификация сплавов

Черные (железо и его сплавы): сталь — содержит менее 2% углерода чугун — содержит более 2% углерода цветные (все остальные не железные): алюминиевые — дюралюминий; медные драгоценные (золота, серебра, платины и др.).

21.11.2015 18:45

17

Ювелирные изделия содержат пробы — количество драгоценного металла в

сплаве, выраженное в весовых частях (число грамм в 1000 г сплава). Серебро - 6 проб: чаще всего 875 или 925; Золото — 375, 500, 583, 750, 958; Платина - 950, Палладий - 850.

21.11.2015 18:45

18

Медные сплавы

Для деталей машин используют сплавы меди с цинком , оловом, алюминием, кремнием и др. (а не чистую медь) из-за их большей прочности: 30-40 кгс/мм^2 у сплавов и 25-29 кгс/мм^2 у технически чистой меди. Медные сплавы (кроме бериллиевой бронзы и некоторых алюминиевых бронз) не принимают термической обработки, и их механические свойства и износостойкость определяются химическим составом и его влиянием на структуру. Модуль упругости медных сплавов 900-12000 кгс/мм^2 ниже , чем у стали.

21.11.2015 18:45

19

Основное преимущество медных сплавов - низкий коэффициент трения (что

делает особенно рациональным применением их в парах скольжения), сочетающийся для многих сплавов с высокой пластичностью и хорошей стойкостью против коррозии в ряде агрессивных сред и хорошей электропроводностью. Величина коэффициента трения практически одинакова у всех медных сплавов, тогда как механические свойства и износостойкость, а также поведение в условиях коррозии зависят от состава сплавов , a следовательно, от структуры. Прочность выше у двухфазных сплавов, а пластичность у однофазных.

21.11.2015 18:45

20

Марки медных сплавов

Марки обозначаются следующим образом. Первые буквы в марке означают: Л - латунь и Бр. - бронза. Буквы, следующие за буквой Л в латуни или Бр. в бронзе, означают: А - алюминий, Б - бериллий, Ж - железо, К - кремний, Мц - марганец, Н - никель, О - олово, С - свинец, Ц - цинк, Ф - фосфор. Цифры, помещенные после буквы, указывают среднее процентное содержание элементов. Порядок расположения цифр, принятый для латуней, отличается от порядка, принятого для бронз. В марках латуни первые две цифры (после буквы) указывают содержание основного компонента - меди. Остальные цифры, отделяемые друг от друга через тире, указывают среднее содержание легирующих элементов. ЛАЖМц 60-1-1-1 означает латунь с 60% Cu , легированную алюминием (А) в количестве 1% , с железом (Ж) в количестве 3% и марганцем (Мц) в количестве 1%.

21.11.2015 18:45

21

В марках бронзы (как и в сталях) содержание основного компонента -

меди - не указывается, а определяется по разности. Цифры после букв, отделяемые друг от друга через тире, указывают среднее содержание легирующих элементов; цифры расположенные в том же порядке, как и буквы, указывающие на легирование бронзы тем или иным компонентом. Бр.АЖН10-4-4 означает бронзу с 10% Al , 4% Fe и 4% Ni (и 82% Cu). Бр. КМц3-1 означает бронзу с 3% Si , и 1% Mn (и 96% Cu).

21.11.2015 18:45

22

Медно-цинковые сплавы

1. Латуни

По химическому составу различают латуни простые и сложные, (простые латуни легируются одним компонентом: цинком) По структуре - однофазные и двухфазные латуни. Однофазные простые латуни имеют высокую пластичность; она наибольшая у латуней с 30-32% цинка (латуни Л70 , Л67). Латуни с более низким содержанием цинка (томпаки и полутомпаки) уступают латуням Л68 и Л70 в пластичности, но превосходят их в электро- и теплопроводности. Двухфазные простые латуни имеют хорошие ковкость и повышенные литейные свойства. Пластичность их ниже чем у однофазных латуней, а прочность и износостойкость выше за счет влияния более твердых частиц второй фазы.

21.11.2015 18:45

23

2. Оловянные бронзы

Однофазные и двухфазные бронзы превосходят латуни в прочности и сопротивлении коррозии (особенно в морской воде). Для двухфазных бронз характерна более высокая износостойкость. Важное преимущество двухфазных оловянистых бронз - высокие литейные свойства. Из-за высокой стоимости олова чаще используют бронзы, в которых часть олова заменена цинком (или свинцом).

21.11.2015 18:45

24

3. Алюминиевые бронзы

Эти бронзы (однофазные и двухфазные) все более широко заменяют латуни и оловянные бронзы. Однофазные бронзы в группе медных сплавов имеют наибольшую пластичность. У алюминиевых бронз литейные свойства (жидкотекучесть) ниже, чем у оловянных; коэффициент усадки больше, но они не образуют пористости, что обеспечивает получение более плотных отливок. Кроме того, алюминиевые двухфазные бронзы, имеют более высокие прочностные свойства, чем латуни и оловянные бронзы. Все алюминиевые бронзы, как и оловянные, хорошо устойчивы против коррозии в морской воде и во влажной тропической атмосфере. Алюминиевые бронзы используют в судостроении, авиации, и т.д.

21.11.2015 18:45

25

4. Кремнистые бронзы

Применение кремнистых бронз ограниченное. Используются однофазные бронзы как более пластичные. Они превосходят алюминиевые бронзы и латуни в прочности и стойкости в щелочных (в том числе сточных) средах. Эти бронзы применяют для арматуры и труб, работающих в указанных средах. Кремнистые бронзы, дополнительно легированные марганцем, в результате сильной холодной деформации приобретают повышенные прочность и упругость и в виде ленты или проволоки используются для различных упругих элементов.

21.11.2015 18:45

26

5. Бериллиевые бронзы

Бериллиевые бронзы сочетают очень высокую прочность и коррозионную стойкость с повышенной электропроводностью. Однако эти бронзы из-за высокой стоимости бериллия используют лишь для особо ответственных в изделиях небольшого сечения в виде лент, проволоки для пружин, мембран, сильфонов и контактах в электрических машинах, аппаратах и приборах.

21.11.2015 18:45

27

Драгоценные металлы

по законодательству РФ золото, серебро, платина и металлы платиновой группы (палладий, иридий, родий, рутений и осмий). Указанный перечень содержится в ФЗ "О драгоценных металлах и драгоценных камнях" от 26 марта 1998 г. и может быть изменен только федеральным законом. Д.м. могут находиться в любом состоянии, виде, в т.ч. в самородном и аффинированном, а также в сырье, сплавах, полуфабрикатах, промышленных продуктах, химических соединениях, ювелирных и иных изделиях, монетах, ломе и отходах производства и потребления.

21.11.2015 18:45

28

З о л о т о

79-й элемент периодической системы элементов, благородный металл жёлтого цвета.

Физико-химические свойства: Латинское название Aurum (Au) Химический элемент I группы периодической таблицы Менделеева Атомный номер 79 Атомная масса 196.9665 Плотность 19.32 г/см3 Точка плавления 1064 С Драгоценный желтый металл, мягкий. Химически довольно инертный, не меняет своих свойств в воздушной среде, даже при нагреве. Чистое золото чрезвычайно мягкое и подвержено быстрому износу.

21.11.2015 18:45

29

Естественное золото никогда не находили в абсолютно чистом виде, оно

всегда содержит примеси других элементов. Цвет естественного золота изменяется в соответствии с наличием других металлов и качества примеси.

Будучи наиболее ценным из благородных металлов, золото долго служило мерой обмена в торговле и в результате этого были изобретены методы создания подобных золоту сплавов, основанных на меди. Широко распространившиеся попытки получения золота дали рождение алхимии. С помощью Святого Грааля алхимики хотели найти способ преобразования неблагородных металлов в золото и серебро.

21.11.2015 18:45

30

Использование: Золото обычно используется в сплавах с другими

металлами, которые, при сохранении главных качеств чистого золота, характеризуются большей твердостью и плотностью и позволяют расходовать золото более экономно. Сплавы золота c платиной используются для производства стойких к химическому воздействию приборов, а сплавы золота с серебром и платиной используется для изготовления электрических контактов в ответственном оборудовании. Золото и содержащие его сплавы также используются для золочения, производства ювелирных украшений и зубного протезирования. Радиоактивный изотоп Au198 используется для радиотерапии опухолей.

21.11.2015 18:45

31

С е р е б р о

Химический элемент с атомным номером 47 в периодической системе, ковкий, пластичный металл белого цвета.

Физико-химические характеристики: Латинское название Argrentum, (Ag) Химический элемент I группы периодической системы Менделеева Атомный номер 47 Атомная масса 107,8682 Плотность 10,5 г/см3 Точка плавления 961,9 °С Металл белого цвета, ковкий, пластичный. Один из дефицитных элементов. Имеет наивысшую среди металлов электрическую проводимость, теплопроводность, отражательную способность. Серебро химически малоактивно, в присутствии сероводорода чернеет.

21.11.2015 18:45

32

История Серебро известно человечеству с древнейших времён

Это связано с тем, что в своё время серебро, равно как и золото, часто встречались в самородном виде — его не приходилось выплавлять из руд. Это предопределило довольно сильное присутствие серебра в культурных традициях различных народов. В Ассирии и Вавилоне серебро считалось священным металлом и являлось символом Луны. В средние века серебро и его соединения были очень популярны среди алхимиков. С середины XIII века серебро становится традиционным материалом для изготовления посуды. Кроме того, серебро и по сей день используется для чеканки монет.

21.11.2015 18:45

33

Использование: С развитием электротехники серебро всё шире входит в

состав проводников, переключателей, контактов и предохранителей, а также многослойных керамических конденсаторов. Широк спектр применения серебросодержащих материалов для твёрдой пайки (медносеребряный припой ПСР-45 используется для пайки медных котлов, чем выше процент серебра, тем выше качество; иногда также, добавляя его к свинцу в количестве 5%, им заменяют оловянный припой!) – от кондиционеров и холодильной техники до строительных электрических систем, автомобилестроения и космических аппаратов.

21.11.2015 18:45

34

П л а т и н а

78 элемент периодической таблицы, атомная масса 195,08, благородный металл серо-стального цвета.

Физические свойства Атомный номер 78 Атомная масса 195,08 Плотность, кг/м3 21400 Температура плавления, °С 1769 Теплоемкость, кДж/(кг·°С) 0,134 Электроотрицательность 2,2 Ковалентный радиус, A 1,30 1-й ионизац. потенциал, эв 9,00

21.11.2015 18:45

35

Химические свойства Платина является одним из самых инертных металлов

Она нерастворима в кислотах и щелочах, за исключением царской водки. При комнатной температуре платина медленно окисляется кислородом воздуха, давая прочную плёнку оксидов. Платина также непосредственно реагирует с бромом, растворяясь в нём. При нагревании платина становится более реакционноспособной. Она реагирует с пероксидами, а при контакте с кислородом воздуха — с щелочами. Тонкая платиновая проволока горит во фторе с выделением большого количества тепла. Реакции с другими неметаллами (хлором, серой, фосфором) происходят менее охотно.

21.11.2015 18:45

36

П а л л а д и й

Химический элемент с атомным номером 46 в периодической системе, белого цвета. Пластичный переходный металл, благородный металл.

Физико-химические характеристики: Латинское название Palladium (Pd) Химический элемент VIII группы периодической таблицы Менделеева Атомный номер 46 Атомная масса 106.42 Плотность 12.02 г/см3 Точка плавления 1,554 C

21.11.2015 18:45

37

Палладий - металл серебристо-белого цвета, гибкий и мягкий, который

можно легко превратить в фольгу или вытянуть в тонкую проволоку. Не окисляется на воздухе при обыкновенной температуре и не смачивается. При нагревании до 860 C окисляется, но, при дальнейшем нагревании, окисел растворяется и металл становится светлым.

Что касается его химических свойств, палладий имеет худшие характеристики по сравнению с другими металлами платиновой группы. Он растворяется в азотной кислоте, в нагретой серной кислоте, а также в царской водке. Главные источники производства палладия - сырая платина и отходы производства никеля.

21.11.2015 18:45

38

Использование: Главным образом палладий используется в электронике

(особенно в мобильной связи) и при изготовлении слоистых палладиевых конденсаторов, которые используются в каталитических преобразователях автомобилей. В сплаве с другими металлами он используется при производстве химического оборудования и для протезирования зубов. Сплавы палладия также используются в драгоценностях, а сам металл может быть частью сплавов белого золота.

21.11.2015 18:45

39

Р у т е н и й

Химический элемент с атомным номером 44 в периодической системе, серебристо-серый хрупкий переходный металл, благородный металл.

Физико-химические характеристики: Латинское название Ruthenium (Ru) Химический элемент VIII группы периодической системы Менделеева Атомный номер 44 Атомная масса 101,07 Плотность 12,37 г/см3 Температура плавления 2250 °С Металл платиновой группы. Представляет собой пористые, блестящие угловатые кусочки

21.11.2015 18:45

40

Применение Небольшая добавка рутения (0,1 %) увеличивает коррозионную

рименение Небольшая добавка рутения (0,1 %) увеличивает коррозионную стойкость титана. В сплаве с платиной используется для изготовления чрезвычайно износостойких электрических контактов. Катализатор для многих химических реакций. Очень важное место рутения как катализатора в системах очистки воды орбитальных станций. Рутений и его сплавы находят применение в качестве жаропрочных конструкционных материалов в аэрокосмической технике, и до 1500 °C по прочности превосходят лучшие сплавы молибдена и вольфрама (имея преимущество так же в высокой стойкости к окислению).

21.11.2015 18:45

41

Р о д и й

Химический элемент с атомным номером 45 в периодической системе, белого цвета. Твёрдый переходный металл, благородный металл.

Физико-химические характеристики: Латинское название Rhodium (Rh) Химический элемент VIII группы периодической таблицы Менделеева Атомный номер 45 Атомная масса 102.9055 Плотность 12.41 г/см3 Точка плавления 1,963 C

21.11.2015 18:45

42

Использование: Родий используется в сплавах с платиной (для

производства катализаторов, термопар, и т.д.) и для покрытия отражающих поверхностей астрономических инструментов. Он применяется при производстве драгоценностей, как декоративное и защитное покрытие. Предметы, сделанные из недрагоценных металлов и серебра становятся очень устойчивыми к износу, когда покрыты слоем родия. Он также используется при производстве отражателей, электрических контактов и в химической промышленности.

21.11.2015 18:45

43

О с м и й

Химический элемент с атомным номером 76 в периодической системе, серебристо-голубоватый хрупкий и твёрдый переходный металл, благородный металл.

Физические свойства Высокая твердость и исключительная тугоплавкость позволяет использовать осмий и покрытия им в узлах трения. Осмий является самым плотным веществом. Его плотность составляет 22,5 г/см3.

21.11.2015 18:45

44

Применение Применяется как катализатор для синтеза аммиака,

гидрирования органических соединений, в катализаторах метанольных топливных элементов. Есть сведения о применении осмия в военных целях, как часть артиллерийских снарядов и боеголовок ракет. Также применяется в электронной аппаратуре авиа- и ракетной техники.

21.11.2015 18:45

45

И р и д и й

Самый тяжёлый химический элемент с атомным номером 77 в периодической системе, белого цвета. Твёрдый переходный благородный металл.

Физико-химические свойства: Латинское название Iridium (Ir) Химический элемент VIII группы периодической таблицы Менделеева Атомный номер 77 Атомная масса 192.22, металл платиновой группы Плотность 22.65 г/см3 Точка плавления 2,447 C

21.11.2015 18:45

46

Использование: Иридий используется для защитных покрытий, а его сплавы

с платиной, осмием и другими металлами применяются при производстве химических приборов, мер и весов, частей для измерительной аппаратуры. Добавление очень малых количеств иридия к вольфраму и молибдену помогает им сохранять свою прочность при высоких температурах. Он используется для изготовления тиглей для лабораторных исследований, особенно для проведения экспериментов с фтором и его летучими соединениями. Иридий также применяется при выдувке стекла.

21.11.2015 18:45

47

Коррозия металлов и сплавов

разрушение в результате химического или электрохимического взаимодействия их с коррозионной средой. Различают коррозию атмосферную и подземную, газовую и жидкостную, химическую и электрохимическую и т.п.

По характеру коррозии можно судить об агрессивной среде для данного материала, а по степени коррозии — о давности взаимодействия с агрессивной средой.

21.11.2015 18:45

48

Металлы и сплавы получают в процессе плавления

Плавка металлов и сплавов — отдельный разовый цикл процесса плавления, а также полученный в результате этого продукт. Совокупность изделий из одной плавки образует группу объектов экспертизы металлов и сплавов.

21.11.2015 18:45

49

Процесс соединения металлов и сплавов, находящихся в твердом состоянии

называют пайкой, которая осуществляется посредством припоя (расплавленного материала), имеющего температуру плавления меньше температуры плавления основного металла. Припой — металл или сплав, применяемый при пайки для заполнения зазора между соединяемыми поверхностями в целях получения монолитного паяного шва. Вид и марку припоя устанавливают с помощью эмиссионного спектрального анализа, рентгеноспектрального или химического анализа.

21.11.2015 18:45

50

Процесс неразъемного соединения металлов и сплавов с применением

местного нагрева до оплавления или совместного пластического деформирования свариваемых частей называют сваркой.

21.11.2015 18:45

51

Полуфабрикат металла — прошедший одну или несколько стадий обработки

продукт (волочение, штамповку, ковку и др.). Встречается в экспертных исследованиях в виде листов, полос, проволоки, металла различного профиля. Проволока — металлическое изделие большой длины с поперечным сечением относительно маленького диаметра, предназначенная для изготовления проводов, канатов, сеток, гвоздей, для упаковки и др.

21.11.2015 18:45

52

Металлизация

Технологический процесс нанесения покрытий из металлов или сплавов на поверхность изделий из различных материалов тонким слоем для получения определенных свойств (защиты от коррозии, повышение износостойкости, декоративных и др.)

Контактный процесс, при котором происходит перенесение частиц металла на следовоспринимающую поверхность.

21.11.2015 18:45

53

Признаки металлов, сплавов: цвет, блеск, структура, строение

поверхности, твердость, относительное удлинение и сужение, предел прочности и текучести, ударная вязкость, плотность, тепловые, магнитные, электрические свойства. Признаки изделий из металлов и сплавов: признаки металлов, сплавов и дополнительные — форма, размеры, признаки целевого назначения, признаки внешнего воздействия (механического, теплового, окружающей среды).

21.11.2015 18:45

54