| Часть серии по |
| Криминалистика |
|---|
.jpg/440px-Day_195_-_Shut_the_burglar_out_(9293361460).jpg) |
|
.jpg){kind=link}
Фрактография - это исследование поверхностей излома материалов. Фрактографические методы обычно используются для определения причины отказа в инженерных сооружениях, особенно в случае отказа продукта, а также в практике судебно-медицинской экспертизы или анализа отказов . В материаловедении фрактография используется для разработки и оценки теоретических моделей поведения роста трещин .
Одна из целей фрактографической экспертизы - определить причину разрушения путем изучения характеристик изломанной поверхности. Различные типы роста трещин (например, усталость , коррозионное растрескивание под напряжением , водородное охрупчивание ) создают характерные особенности на поверхности, которые можно использовать для определения режима разрушения. Однако общая картина растрескивания может быть важнее одиночной трещины, особенно в случае хрупких материалов, таких как керамика и стекло .
Использование [ править ]
Фрактография - это широко используемый метод в судебной экспертизе , криминалистическом материаловедении и механике разрушения для понимания причин отказов, а также для проверки предсказаний теоретических отказов с отказами в реальной жизни. Он используется в судебной медицине для анализа сломанных продуктов, которые использовались в качестве оружия, например, разбитых бутылок. Таким образом, ответчик может заявить, что бутылка была неисправной и случайно разбилась, когда попала в жертву нападения. Фрактография могла показать, что обвинение было ложным, и требовалась значительная сила, чтобы разбить бутылку, прежде чем использовать сломанный конец в качестве оружия для преднамеренного нападения на жертву. Пулевые отверстия в лобовых стеклахили окна могут также указывать направление удара и энергию снаряда. В этих случаях для восстановления последовательности событий жизненно важна общая картина растрескивания, а не конкретные характеристики отдельной трещины. Фрактография может определить, была ли причина крушения поезда неисправным рельсом или крыло самолета имело усталостные трещины до крушения.
Фрактография также используется в исследованиях материалов, поскольку свойства разрушения могут коррелировать с другими свойствами и структурой материалов.
Идентификация функции [ править ]
Происхождение [ править ]
Важной целью фрактографии является установление и исследование происхождения трещин, так как исследование происхождения может выявить причину возникновения трещин. Первоначальное фрактографическое исследование обычно проводится в макромасштабе с использованием оптической микроскопии с малым увеличением и методов косого освещения для определения степени растрескивания, возможных форм и вероятного происхождения. Оптической микроскопии или макрофотографии часто бывает достаточно, чтобы точно определить природу разрушения и причины возникновения и роста трещин, если известен характер нагружения.
Общие особенности, которые могут вызвать возникновение трещин, - это включения , пустоты или пустоты в материале, загрязнения и концентрации напряжений .
Рост усталостной трещины [ править ]
Изображение сломанного коленчатого вала показывает, что компонент вышел из строя из-за поверхностного дефекта рядом с колбой в нижнем центре. Полукруглые отметки возле начала координат указывают на трещину, прорастающую в массивный материал в результате процесса, известного как усталость . Коленчатый вал также имеет штриховки , которые представляют собой линии на поверхностях излома, которые можно проследить до его происхождения. Некоторые режимы роста трещины могут оставлять характерные следы на поверхности , которые идентифицируют режим роста трещины и происхождения на макроуровне , например , beachmarks или бороздок на усталостных трещин.
Микроскопия [ править ]
Микроскопы могут использоваться для определения точки инициирования и механизма, вызвавшего рост трещины. Информацию можно получить из изображений поверхности излома, известных как фрактографы, и использовать при построении диаграмм. Схематическая карта поверхности трещин может быть использована для выделения и идентификации особенностей на поверхности, которые показывают, как продукт вышел из строя. Такая карта может быть ценным способом представления информации, которая ясно показывает, как возникла трещина, которая со временем росла.
USB-микроскопия [ править ]
USB-микроскопы особенно полезны для исследования особенностей поверхности трещин, поскольку они достаточно малы, чтобы их можно было держать в руках. Камеры различных размеров и разрешений доступны на коммерческой основе по невысокой цене. Кабель камеры подключается к компьютеру через USB- штекер, и большинство таких устройств имеют подсветку камеры с помощью светодиодных ламп .
Сканирующая электронная микроскопия [ править ]
Во многих случаях фрактография требует исследования в более мелком масштабе, которое обычно проводится в сканирующем электронном микроскопе или СЭМ. Разрешение намного выше, чем у оптического микроскопа, хотя образцы исследуются в частичном вакууме и цвет отсутствует. Улучшенные SEM теперь позволяют проводить исследования при давлении, близком к атмосферному, что позволяет исследовать чувствительные материалы, например, биологического происхождения. СЭМ особенно полезен в сочетании с энергодисперсионной рентгеновской спектроскопией или EDX, которые можно проводить в микроскопе, поэтому очень небольшие участки образца могут быть проанализированы на предмет их элементного состава.
Пример [ править ]
Грудной имплант [ править ]
Параболическими образуется , где хрупкие трещины встречаются, как показано на рисунке неудачного катетера (Cp). Бугорок образовался в результате хрупкого разрушения катетера на грудном имплантате из силиконовой резины . Источник трещин находится на плече с левой стороны. Выявление таких особенностей позволит составить карту поверхности трещины изучаемой поверхности. Имплант вышел из строя из-за перегрузки, все приложенные нагрузки были сосредоточены на соединении между катетером и мешком, содержащим солевой раствор. В результате пациент сообщил о потере жидкости из имплантата, имплант был удален хирургическим путем и заменен.
В случае неисправного катетера грудного имплантата путь трещины был очень простым, но причина более тонкая. Дальнейшая сканирующая электронная микроскопия показала многочисленные микротрещины между мешком и катетером, свидетельствующие о преждевременном разрыве адгезионного соединения между двумя компонентами, возможно, из-за неправильного изготовления. Силиконовый каучук - это материал, из которого изготовлен мешок и катетер, является физически слабым эластомером, и конструкция продукта должна обеспечивать низкую прочность материала на разрыв или сдвиг .
См. Также [ править ]
- Конхоидальный перелом
- Усталость (материал)
- Анализ отказов
- Судебная инженерия
- Криминалистическая материаловедение
- Перелом
- Судебная полимерная инженерия
- Криминалистика
Ссылки [ править ]
- Льюис, Питер Рис, Рейнольдс, К. и Гагг, К., Криминалистическая инженерия материалов: тематические исследования , CRC Press (2004).
- Миллс, Кэтлин Фрактография , Справочник Американского общества металлов (ASM), том 12 (1991).
