Применение методов ЭМСИ во взрыво-технической экспертизе.

Лекция 6

Применение методов ЭМСИ во взрыво-технической экспертизе.

Объектами криминалистического исследования являются взрывные устройства как промышленного изготовления, штатные (ручные гранаты, мины), так и самодельные; взрывчатые вещества, используемые для взрыва средства взрывания и все следы их применения.

Взрывное устройство, как правило включает в себя корпус, боевую часть, взрыватель и вспомогательные элементы.

В качестве взрывных устройств промышленного изготовления, как исследуемых объектов, чаще всего фигурируют ручные гранаты и мины. Разнообразен и круг исследуемых самодельных взрывных устройств. Последние устройства конструктивно обычно упрощены и имеют корпуса из отрезков металлических труб, консервных банок, металлических и пластмассовых пробок, деревянных ящиков, стеклянных бутылок и т.д. Они часто маскируются под различные предметы бытового назначения (бандероли, почтовые посылки, портфели, кейсы, электрофонари, электробритвы, банки с соком и т.д.). Однако по принципу действия они во многом сходны со штатными.

К следам взрыва относятся остатки (обломки, части) взрывного устройства: металлические, стеклянные или пластмассовые части корпуса устройства, обрывки электропроводов, проволоки и огнепроводного шнура, части корпуса, механического взрывателя, детали или обломки часового механизма и элементов электропитания и др.

Взрыв - это высвобождение большого количества энергии в ограниченном объеме за короткий промежуток времени. Он приводит к образованию сильно нагретого газа (плазмы) с очень высоким давлением, который при моментальном расширении оказывает ударное механическое воздействие (давление, разрушение) на окружающие тела. Взрыв в твердой среде сопровождается ее разрушением и дроблением, в воздушной или водяной - вызывает образование воздушной или гидравлической ударных волн, которые и оказывают разрушающее воздействие на помещенные в них объекты.

Взрывы происходят за счет высвобождения химической энергии (главным образом взрывчатых веществ), внутриядерной энергии (ядерный взрыв), механической энергии (при падении метеоритов на поверхность Земли и др.), энергии сжатых газов (при превышении давления предела прочности сосуда - баллона, трубопровода и пр.).

Этапы экспертизы:

1. Трасологическое исследование – форма и цвет, наличие или отсутствие на поверхности остатков взрывчатого вещества; вес; утонения на поверхностях разрушения.

Эффективность осколочного действия зависит от общего веса боевой части, коэффициента наполнения, формы корпуса и метода инициирования, свойств металла корпуса и взрывчатых веществ (ВВ), особенности конструкции и т.д. Все эти конструктивные параметры определяют характер дробления корпуса на осколки (веса осколков, образующихся при взрыве, и их общее число), начальную скорость осколков и характер их разлета в пространстве. Осколочное действие снаряда определяется скоростью осколков, их числом и весом, углами разлета.

2. Фрактографические исследования.

Различают три способа формирования осколочных поражающих элементов: естественное дробление оболочки, заданное дробление и использование готовых поражающих элементов. При естественном дроблении используют отрезки труб, корпусы газовых баллонов и т.п. В боевых частях (БЧ) ВУ направленного поражения часто применяют пластины из металла. Для лучшей фрагментации металла используют хрупкие марки стали и чугуна. При разрушении таких образцов образование осколков происходит в широком диапазоне масс и форм. В боевых частях с заданным дроблением оболочки происходит образование осколков заданной формы, массы и количества. Достигается это ослаблением оболочки путем нанесения проточек на корпусе. Осколочные оболочки с готовыми поражающими элементами применяются как в военных боеприпасах, так и в самодельных. В первых в качестве поражающих элементов используются металлические элементы различной формы (шарики диаметром 3-5 мм; иглы массой 0,1-0,5 г; цилиндры диаметром 4-6 мм и такой же высоты и т.д.). в самодельных ВУ в качестве готовых осколков используют шарики и ролики подшипников, болты и гайки, куски гвоздей и другие подручные элементы. Крепление готовых осколков вокруг заряда ВВ осуществляется различными способами. ВУ промышленного изготовления – засыпкой осколков в корпус боевой части вокруг заряда, спеканием с силуминовым корпусом стальных шариков и т.д. В самодельных ВУ – путем заливки компаунда или пластилина, или липкой лентой «скотч».

По своему внешнему виду осколки чаще всего представляют собой продолговатые куски металла оболочки ВУ (взрывного устройства) с рваными, острыми краями. При этом на осколке, как правило, свободно различаются внешняя и внутренняя поверхности оболочки, а также поверхность разрушения – излом.

На внутренней поверхности осколка контактное приложение нагрузки всегда вызывает появление множества продольных «коротких трещин». На внешней поверхности обычно появляются продольные неразвитые трещины.

Анализ поверхности излома удобнее проводить по поперечному сечению осколков. Хрупкие и пластичные материалы дробятся по-разному, но такое деление достаточно условно и зависит от характеристик взрывного устройства, схемы нагружения.

Характерными признаками применения метательных или низкобризантных ВВ в качестве заряда ВУ являются следующие.

1. Для корпусов БЧ, изготовленных из прочного, пластичного металла (сталь, медь, алюминий): осколки крупные в виде полос; края ровные с заостренными гранями, многие разорвались по насечкам; на осколках имеются характерные следы пластической деформации; внутренняя сторона осколков сильно закопчена.

2. Для оболочки, изготовленной из хрупкого металла: осколки крупные неправильной формы; при наличии насечек или рифления дробление происходит преимущественно по насечкам, внутренняя поверхность сильно закопчена.

При использовании в БЧ бризантных ВВ осколочное действие взрыва (количество осколков, их размеры, скорость разлета) определяется величиной коэффициента нагрузки (отношение массы ВВ к массе оболочки БЧ) и скоростью детонации. В этом случае образуются осколки (как при взрыве метательных ВВ) с сильно заостренными краями, практически без следов хрупкого разрушения, их внутренняя поверхность относительно гладкая и может иметь цвета побежалости.

При взрыве заряда высокобризантного ВВ в зоне реакции создается высокая температура и колоссальное давление. Осколки имеют произвольную слегка продолговатую форму с рваными неровными краями (часто дробление происходит произвольным образом и не связано с рифлением корпуса). На внутренней поверхности наблюдается сдвиговая пластическая деформация в виде «мелкой ряби», микротрещины, каверны. На них часто образуются микроскопические кратеры (от ударов микрочастиц непрореагировавшего ВВ) и цвета побежалости.

Штатные ВУ:

Граната Ф-1 – корпус литой чугунный с продольными и поперечными бороздками, образуется около 1000 осколков массой 0,1-2,0 г; разлет осколков около 200м; наибольшее количество на расстоянии 5м от места взрыва, осколки имеют высокую степень дробления. Их размеры не превышают нескольких мм в длину и ширину (меньше фрагментов на корпусе), если осколки совпадают с данными выступов – самодельное устройство.

Граната РГД-5 – из стального корпуса, образуется до 3000 осколков массой 0,05-1,0 г., радиус разлета не более 50м, размеры осколков – 30мм в длину и ширину, толщина равна 0,8-1,5мм.

Граната РГ-42 – корпус из тонкой стали, осколки ромбической формы, ширина 0,7-0,9мм, длина – 8-9мм, масса 0,1-1,0 г. В настоящее время гранаты РГ-2 сняты с вооружения, их запасы имеются на складах армейского резерва, однако постепенно уничтожаются в связи с истечением срока хранения ВВ (взрывчатое вещество) разрывных зарядов.

Граната РГО (ручная граната оборонительная) и РГН (ручная граната наступательная) –образуется до 100 осколков, масса равна 0,3-0,5г, размеры 10-20мм в длину и ширину. Корпус РГН образован двумя полусферами из алюминиевого сплава с внутренней насечкой. Корпус РГО для увеличения числа осколков кроме двух наружных полусфер имеет две внутренние. Все четыре полусферы изготовлены из стали, нижняя наружная - для удобства отличия гранаты от РГН - имеет наружную насечку, остальные - внутреннюю.

С помощью фрактографического метода на растровом электронном микроскопе можно различать характер изломов деталей.

1). Хрупкое разрушение – транскристаллитное и интеркристаллитное. Хрупкое транскристаллитное имеет на поверхности квазискольное основание – система впадин неправильной конфигурации, образующиеся в результате слияния квазихрупких трещин. Интеркристаллитное разрушение – по границе зерен, ослабленных выделениями примесей и хрупких межзеренных прослоек промежуточных фаз.

2). Вязкие – с «ямочками» - развитие магистральной трещины сопровождается значительной пластической деформации (чем больше деформация, тем больше ямок).

3). Усталостные – разрушение вдоль плоскостей скольжения: у прочных материалов при усталостном напряжении – квазискол и менее четкие бороздки на поверхности излома; коррозионные усталостные – хрупкий характер разрушения в виде полосок.

3. Изготовление шлифа из осколка.

4. Исследование микроструктуры.

При воздействии взрыва на металлические оболочки взрывных устройств, происходит упрочнение на внутренней поверхности осколков. Материал штатных устройств - сталь 3. На внутренней поверхности, прилегающей к ВВ, будет вытянутая структура (Ф+П), замеряется глубина этой зоны (зона деформации). Далее в направлении к внешней поверхности следует переходная зона с менее вытянутыми зернами, содержащими большое количество полос и линий скольжения, а также ударных двойников, что говорит о протекании пластической деформации. Их возникновение характерно для металла при приложении к нему импульсных нагрузок. Ближе к наружной поверхности расположена зона со структурой, мало отличающейся от исходной структуры металла. По ширине зоны деформации можно судить о мощности применяемого ВВ.

В алюминии зона деформации – темная зона (замеряется и фотографируется).

Наклеп металлов под действием интенсивных волн напряжения проявляется в изменении механических свойств металлов: возрастает твердость, повышается прочность при растяжении, изменяются предел текучести и характеристики пластичности. Сильно изменяется под воздействием взрыва твердость мягкой стали (малоуглеродистой).

Перед исследованием структуры замеряется микротвердость на деформированной поверхности не менее чем в трех местах, приводятся графики распределения твердости в нетравленом состоянии; после травления – по ферритной составляющей, затем по перлитной (упрочнению подвергается феррит), берется твердость на глубине 0,1 мм от поверхности и на поверхности находится отношение - коэффициент упрочнения (по нему делается вывод о штатности ВУ). На вторичном осколке деформированная зона – 0,05мм; на первичном – 1,5¸1,7мм.

Таким образом, устанавливают: произошло ли упрочнение на внутренней поверхности осколков. Это позволяет отделить осколки ВУ от осколков, которые получились в результате разрушения предметов и элементов конструкции, находящихся в зоне воздействия взрыва и судить о сравнительной мощности ВВ.

На осколке от технического оборудования – вытянутые края. Причиной химического разрыва технологического оборудования может быть разное.

5. Рентгеноструктурный анализ. Выявляются изменения в субструктуре металла после воздействия на него взрыва. Эти изменения обусловлены ростом микронапряжений, увеличением физического уширения и дроблением блоков мозаики.

6. Различие микроструктуры металлов и сплавов после пожара и взрыва.

Температура при пожаре достигает от 200-250^оС (температура воспламенения) до 900 ^оС.

В процессе нагрева происходит снятие напряжений – рекристаллизация, у закаленной структуры – отпуск.

При температуре £ 400^оС происходит первая стадия возврата — отдых — уменьшение концентрации точечных дефектов, их аннигиляция и сток к границам и дислокациям, а также перераспределение дислокаций скольжением в своих плоскостях без образования новых границ.

При дальнейшем нагреве происходит полигонизация (вторая стадия возврата), т. е. перераспределение точечных дефектов и дислокаций скольжением и диффузионным путём, сопровождающееся образованием областей (полигонов) внутри кристаллитов, свободных от дислокаций и отделённых друг от друга дислокационными малоугловыми границами.

Структурные изменения наблюдаются на стадии полигонизации электронномикроскопическим анализом, а в отдельных случаях и в оптическом микроскопе после травления. Важную информацию даёт анализ уменьшения ширины линий на рентгенограммах и формы рентгеновских рефлексов (ширина линий = степени деформации).

При нагреве, начиная с 700^оС, изделий после больших деформаций начинают образовываться новые зерна (рекристаллизация), при сохранении те же фаз (структурных составляющих) металлического сплава, которые были до протекания рекристаллизации. По величине зерна определяется температура и время воздействия пожара.

Отпуск закаленной стали приводит к распаду мартенситной структуры. По мере повышения температуры отпуска снятие искажений решетки происходит все более интенсивно, а вышедшие из решетки атомы углерода образуют все более крупные частички цементита. Этим определяется тип получающихся при отпуске структур. Так, в углеродистой стали при относительно невысоких температурах отпуска (350-400^оС) образуется структура троостит (высокодисперсная смесь феррита и цементита).

Дальнейшее повышение температуры (отпуск при 500-550^оС) приводит к образованию структуры - сорбит. Сорбит является дисперсной смесью феррита и цементита; степень дисперсности смеси этих фаз несколько меньше, чем в трооститной структуре, но гораздо выше, чем в перлитной.

Повышение температуры отпуска углеродистой стали сверх 550^оС приводит к еще большей дифференциации структуры, смесь феррита и цементита становится еще менее дисперсной и после отпуска на 600-650^оС сталь приобретает структуру перлита (зернистого).

При взрыве температура может быть равна 1000^оС только в небольшом радиусе от взрывного устройства, воздействию ударных волн будет подвергаться только феррит, если структура – перлит, то участки феррита. Диффузионный и дислокационные процессы не успевают происходить, только двойникование. Закаленная сталь (структура М+А): упрочняется аустенит, превращение из аустенита в мартенсит деформации (более мелкоигольчатый). Под действием ударной волны в структуре мартенсит ничего не происходит. Если мартенситную структуру подвергнуть высокому отпуску – на иголках мартенсита идет образование карбидов, в этом случае возможно его упрочнение и образуются мелкодисперсные фазы.

Дата добавления: 2015-11-04