О металловедческом исследовании при производстве автотехнической экспертизы

DOI:

Довольно часто ДТП возникают из-за     вой части или тормозной системы автомоби- внезапного отказа рулевого управления, ходо-     ля, связанных с техническим состоянием ав- тотранспортных средств. При этом происходит разрушение различных деталей транспортных средств (рулевого управления, рессоры, колеса, сцепки и тормозной системы и др.). Однако разрушения этих деталей могут возникнуть и в результате дорожно-транспортных происшествий, например при столкновении или опрокидывании. Поэтому по делам о ДТП назначается автотехническая экспертиза [1; 6]. Немаловажное значение для принятия обоснованного и объективного решения по делу имеет выяснение причин разрушения деталей, влияющих на безопасность движения транспортного средства, и установление времени возникновения этих неисправностей.

При решении этих вопросов существенную помощь следствию и суду может оказать проведение металловедческой (металлографической) экспертизы, которая в большинстве случаев является вспомогательной, выводы ее дополняют и конкретизируют выводы другой экспертизы, например автотехнической [2–4; 7].

В одних учреждениях судебной экспертизы имеются отдельные металловедческие лаборатории, в других производство экспертиз осуществляется либо в лаборатории физических и химических исследований, либо экспертами-автотехниками, привлекаемыми к участию в экспертных исследованиях. При этом нет единой методики производства названных экспертиз либо единой инструкции по их производству.

Эксперту-металловеду предлагается установить причину и момент разрушения детали транспортного средства: произошло оно во время дорожного происшествия или в процессе нормальной эксплуатации (до ДТП). Для этого необходимо установить направление и характер действующих сил, приведших к разрушению, определить наличие скрытых дефектов в металле и др.

Представляется, что наиболее целесообразно проводить металловедческую экспертизу по следующей схеме.

На первом этапе нужно проанализировать условия работы данной детали, характер и величину испытываемых ею нагрузок в процессе нормальной эксплуатации и, кроме того, ознакомиться с техническими условиями изготовления детали. Так, можно направить запрос заводу-изготовителю для получе- ния рабочих чертежей, заданных режимов термической обработки и характеристик материала изделия (твердости, механических свойств и т. д.).

Исследование начинается с визуального осмотра и фотографирования вещественного доказательства. Используя макроскопическую фрактографию (от невооруженного глаза до увеличения в 50 крат с использованием бинокулярного микроскопа) при осмотре внешнего состояния поверхности и излома разрушенных, поврежденных и сопряженных с ними деталей выявляют заводскую маркировку, устанавливают наличие подтеков масла, характер лакокрасочных покрытий, следы коррозии. Данные исследования позволяют получить важную информацию о трещине, возникшей в детали и повлекшей ее разрушение (либо при ее изготовлении, либо в процессе эксплуатации).

Очистив поверхность и излом представленных на исследование разрушенных деталей и частей деталей от загрязнений и ржавчины, приступают к контролю их геометрических размеров и осмотру обнаруженных поверхностных дефектов (забоин, вмятин, трещин, пор, рисок и др.). При этом необходимо зафиксировать количество, размер дефектов, их расположение по отношению к излому, чтобы установить возможную связь дефектов с очагом разрушения. Так, глубокие клейма, вмятины, риски на поверхности, являющиеся концентраторами напряжений, могут служить очагами развития усталостных трещин. В ряде случаев (например, сварных швах) целесообразно проводить исследование на наличие подповерхностных внутренних дефектов. Для этих исследований необходимо использовать специальное оборудование – ультразвуковые дефектоскопы и рентгеновские аппараты. На этом этапе очень важно установить общую деформацию детали у излома, так как по направлению деформации можно судить о направлении разрушающего усилия, а по ее величине и характеру – о свойствах материала (например, пластичности); в некоторых случаях можно даже сделать вывод о величине и длительности действовавших нагрузок.

Проведение фрактографического исследования строения излома позволяет эксперту оценить вероятный механизм разрушения деталей (хрупкий, пластичный, усталостный и т. д.) и установить механизм и причину разрушения – ударное нагружение с превышением прочности материала, усталостное разрушение или их сочетание; направление и характер сил, приведших к излому, с учетом условий эксплуатации (температура, рабочая среда, и др.) [5].

В зависимости от металла, условий и характера нагружения, от величины нагрузки разрушение происходит по вязкому или хрупкому механизму. Если излом смешанный, необходимо определить коэффициент кристалличности – отношение площади, занятой кристаллическими участками-фасетками, ко всей площади излома. Исследование длительное, нескольких полей, требующее статистической обработки данных. Для более точной оценки очага разрушения, зоны распространения трещины и длительности развития излома применятся растровая электронная микроскопия. Этот метод позволяет выявить усталостные линии, концент-рично расходящиеся от очага разрушения, зону статического долома, то есть отличительные признаки и области присущие усталостному излому. Строение собственно усталостного излома зависит от большого количества факторов, в частности, от амплитуды циклов при циклических нагрузках, паузы между ними и др. По соотношению зоны усталостного и статического излома можно судить о величине максимального напряжения цикла.

Важным этапом при проведении металловедческой экспертизы является установление соответствия данной детали техническим условиям или ГОСТу на ее изготовление. Чтобы решить вопрос о правильном выборе марки стали или сплава для данной детали, необходимо провести химический анализ на содержание углерода в стали, вредных примесей в сплаве и элементного состава материала детали. Для этого используются оптико-эмиссионный спектральный анализ; рентгенофлуоресцентный анализ; лазерно-эмиссионный спектральный анализ.

На механические свойства детали в целом влияет микроструктура и соответствующая ей твердость металла, полученная в результате термической обработки. В последнее время очень часто встречаются факты несоответствия применяемых материалов и режимов их термической обработки стандартам и техническим требованиям, предусмотренным для изготовления деталей автомобилей. Это является одной из причин разрушения деталей.

При исследовании микроструктуры выявляются фазы и структурные составляющие, их дисперсность и дефекты, упрочняющий поверхностный слой, полученный термической и химико-термической обработкой. Определяется (на основе требований ГОСТ, ТУ) соответствие структуры их твердости.

По микроструктурным исследованиям эксперт определяет вид материала объекта, фазовый и структурный состав, соответствие (несоответствие) установленной структуры данной детали, а также причинно-следственные связи с признаками разрушения и повреждения, установленными при осмотре, фрактографическом исследовании и анализе химического состава. К дефектам структуры относится неоднородность структурных составляющих по объему изделия, скопление или наличие большого количества строчечных неметаллических включений, наличие несплошно-стей (поры, раковины, микротрещины и др.).

Микроструктурный анализ предусматривает связь микроструктуры металла со строением излома. Чтобы оценить структурные изменения металла в зоне излома, для сравнения необходимо подвергнуть металлографическому анализу неповрежденный участок детали на удаленном расстоянии от места разрушения.

Для микроструктурного анализа из детали на металлообрабатывающих станках вырезаются образцы, из которых приготавливается микрошлифы для проведения исследований на металлографических оптических микроскопах. Глубина закаленного (например, при поверхностной закалке) или цементованного слоя (например, при цементации) определяется путем измерения микротвердости по сечению детали на микротвердомере.

В тех случаях, когда при небольших увеличениях не удается обнаружить разницы в структурах металла на участках, расположенных вблизи излома и в значительном удалении от него, целесообразно исследовать тонкую структуру металла с помощью электронного микроскопа и рентгеновского дифрактометра для определения причины разрушения.

Определение механических свойств материала детали с целью получения зна- чений и характеристик, заданных техническими условиями или ГОСТом, следует производить на испытательных машинах в условиях растяжения, удара и т. д. Эти испытания проводятся при условии, если размеры детали позволяют вырезать из нее стандартные образцы.

Чтобы оценить величину напряжения (или нагрузки), вызвавших поломку детали после того, как выяснены характер разрушения, структура и свойства материала исследуемого изделия, направление и вид разрушающего усилия, следует провести дополнительные механические испытания установленного вида, если они не заданы в технических условиях. Необходимые для испытания образцы должны быть вырезаны в направлении, совпадающем с направлением действовавшего в момент разрушения усилия. Это не всегда представляется возможным из-за размеров и поврежденности изделия.

Проведение экспертизы заканчивается обработкой полученных экспериментальных данных и оформлением заключения.

По полученным данным экспертизы устанавливаются: направление разрушающего усилия, вид нагружения, характер разрушения, тип повреждений и присутствие дефектов, ослабивших конструктивную прочность объекта.

Если какие-либо повреждения, дефекты металла по месту излома объекта, которые могли бы находиться в причинно-следственной связи с его разрушением, не обнаружены, а вид и характер разрушающей нагрузки соответствует эксплуатационной, следует сделать вывод о том, что разрушающая нагрузка имела эксплуатационный характер и превышала конструктивную прочность объекта.

Если же выявлены образовавшиеся ранее повреждения, разрушения, недопустимые дефекты, либо утонения сечения за счет пластической деформации металла (при многократном действии разрушающей нагрузки), следует вывод о том, что конструктивная прочность объекта к моменту разрушения была снижена.

Предлагаемая схема производства металловедческих экспертиз предусматривает проведение полного исследования разрушенных деталей, что в большинстве случаев позволяет категорически ответить на вопросы, поставленные перед экспертом-металловедом.