平板凹齿复制钥匙开启弹子锁痕迹的研究

朱红慧，蒋敬

（南京森林警察学院，江苏南京 210046）

平板凹齿复制钥匙开启弹子锁痕迹的研究

朱红慧，蒋敬

（南京森林警察学院，江苏南京 210046）

为了探索平板凹齿复制钥匙开启弹子锁痕迹的规律，寻求检验复制钥匙是探知开启弹子锁痕迹的方法。通过实验的方法对锁芯相关构件上的加工痕迹、原配钥匙开启锁具的痕迹、复制钥匙开锁形成的痕迹和材质硬度对复制钥匙开锁痕迹的影响进行研究，发现平板凹齿复制钥匙开启弹子锁痕迹主要集中于圆头弹子球面的原配钥匙痕迹区域，痕迹为线条状且与原配钥匙痕迹同向，痕迹的反映程度受锁具的使用时间和材质的影响。

复制钥匙；锁芯；开锁痕迹；材质硬度

齿呈凹陷状排列于钥匙板上的钥匙称之为平板凹齿钥匙，其锁具有高防盗性能而被广泛使用。平板凹齿复制钥匙（以下简称复制钥匙），是指以原配钥匙为模板，通过专用的配钥匙机对原配钥匙的凹齿深、齿距、齿宽等数据进行采集、记忆后，制作出与原配钥匙具有相同功能的代用钥匙。复制钥匙代替原配钥匙进行开锁，属于技术开锁的一种。长期以来利用复制钥匙作案的案件一直存在。实践证明，复制钥匙案件现场有两种痕迹可以利用，一种是位于锁芯中的开锁痕迹[1]，另一种是位于原配钥匙上的增配痕迹。后一种痕迹经过诸多专家的研究，取得了较丰硕的成果，且得到了广泛的应用。通过钥匙增配痕迹进行鉴定易受原配钥匙缺失的影响，有时会因部分钥匙的丢失而使案件无法定性。利用复制钥匙的开锁痕迹进行鉴定可以避免上述因素的干扰，但因痕迹位置深且缺乏相关的检验痕迹的方法，而使这类痕迹的利用率相对较低。目前，相关的研究成果报道较少，为了探索此类痕迹的规律性，本文在对平板凹齿锁芯结构和开启原理研究的基础上，通过实验的方法对锁芯中加工痕迹、原配钥匙开锁形成的痕迹、复制钥匙开锁形成的痕迹进行研究，归纳复制钥匙开锁形成的痕迹检验方法；通过对锁芯弹子和钥匙的材质硬度关系进行比较研究，探索影响复制钥匙痕迹形成的因素，从而为此类案件的侦破提供参考。

一、实验

（一）实验器料

三维视频显微镜、体视显微镜、内窥镜、HIACHI-S-3400N-EDX能谱仪、实验锁具、开锁工具、钥匙坯、配钥匙机。

（二）实验方法

为了研究复制钥匙开启弹子锁的痕迹和金属材料硬度对复制钥匙痕迹的影响，进行以下实验。

1.选取安毫、乐居和斯美达品牌的插芯门锁各15把（共45把）作为实验用锁，将全部实验锁具分成三组，每组有三种品牌的锁各5把，编号A、B、C组。

2.选取三种材质的钥匙坯各15把（共45把），将全部钥匙分成三组，每组有三种材质的钥匙坯15把，编号a、b、c组，进行复制。

3.将A组的锁具用拆锁工具拆解，取出锁芯，分解锁芯中的平头弹子、圆头弹子等构件，进行锁芯结构分析。将圆头弹子置于三维视频显微镜下，观察弹子球面的加工痕迹，用内窥镜观察锁芯钥匙槽各部件上的加工痕迹。

4.将B、C两组的锁具用原配钥匙进行100、200、300、400、500次模拟使用实验，结合锁芯结构的分析结果，分析锁的开启原理。用拆锁工具对B组锁进行拆解，取出锁芯中的圆头弹子置于三维镜下观察弹子球面上的原配钥匙痕迹。

5.用复制钥匙按编号顺序对C组的锁具进行10次以内的开锁实验后，再用拆锁工具拆解，取出锁芯中的圆头弹子置于三维镜下观察弹子球面上的复制钥匙痕迹，用内窥镜观察锁芯钥匙槽各部件上的痕迹变化情况。

6.用扫描电子显微镜/能谱仪对实验锁具的弹子和复制钥匙进行成份分析，分析图谱（见图1）。[2]

7.根据分析所得的结果，检索相关成分的“金属莫氏硬度”值（见表1），[3]再根据弹子和复制钥匙的“金属莫氏硬度”值的关系，对上述实验结果进行比较，归纳复制钥匙痕迹的影响因素。

安毫锁弹子能谱

乐居锁弹子能谱

C组复制钥匙能谱

图1 实验锁具的弹子和复制钥匙能谱图

表1 金属的莫氏硬度

二、实验结果与分析

（一）锁芯结构与开锁痕迹形成的原理

通过实验发现，锁芯为圆柱形，沿圆柱的轴开有贯通的孔槽（这就是通常所说的钥匙槽），孔槽使锁芯呈纵向开口状，开口的宽度与原配钥匙脊背相等，是钥匙进行入锁芯的定位槽。孔槽内部由凹陷和凸起两部分组成，凸起部分称之为方筋，凹陷的部分叫匙槽，方筋和匙槽将锁芯的内部分割成大小不等的多个狭长空间。孔槽的形态呈折线形，圆头弹子径向排列于孔槽的三分之一处，弹子球面朝向孔臂。在孔槽内一般有2-4条方筋，其中必有两条分列于圆头弹子的两侧。

在锁芯中有径向排列的弹子孔，这些弹子孔可与锁体中的弹子孔相通，它们的孔内径相等。锁芯中所有弹子的直径相等，弹子孔的数量因锁的种类不同而各不相等。每个弹子孔内各有弹簧和两枚弹子，其中位于里侧的称之为平头弹子，外侧的叫圆头弹子，其中平头弹子的两端平滑、长度相等，圆头弹子一端平滑、另一端为球冠或圆锥状，且长短不一。锁处于闭锁状态时，平头弹子一部分进入锁芯另一部分留在锁体中起到制栓锁芯的作用，使锁芯不能转动。当钥匙插入钥匙槽时，深浅不一的凹齿坑与长短不等的圆头弹相配合使圆头弹子的平面端与锁芯圆柱的外表面融为一体，使锁芯得以转动，实现开锁。

在钥匙插入或拨出钥匙槽的过程中钥匙充当了造痕体的角色，锁芯中的各部件则是承痕体，彼此之间产生的擦划接触是产生痕迹的根源，其中钥匙与方筋、匙槽和圆头弹子的接触程度各不相同。钥匙与方筋、匙槽的接触是推拉力大于正压力，与圆头弹子的接触因弹簧弹力的存在则是正压力大于推拉力，因此在各部件表面产生不同程度的形变，从而产生程度不同的痕迹。

（二）锁芯中的痕迹

1.圆头弹子与钥匙槽上的加工痕迹

通过显微镜观察发现，因锁具种类的不同，在圆头弹子表面的加工痕迹分别为同心圆、均等的小块面和放射状线条几种形态（见图2）。产生这些痕迹现象的原因是因为弹子的加工工艺不同所致，第一种形态反映了加工弹子时，机械刀具旋转切割加工原件的工作方式，后一种类型的痕迹则反映刀具采用的是切削原件的工作方式。经过内窥镜对锁芯钥匙槽中的方筋、匙槽观察发现，在这些部件的表面均有相互平行的线条状痕迹（见图5），痕迹类型不因痕迹所处位置和锁具种类的不同而有所变化。总之，加工痕迹表现为凹突明显和规律性，可作为检验技术开锁痕迹时起参照对比作用的基础性痕迹。

图2 圆头弹子的加工痕迹

2.圆头弹子上的原配钥匙痕迹

用平板凹齿原配钥匙开启弹子锁数百次后，在有些圆头弹子球面上会形成一个擦划痕迹区域，原有的加工花纹被破坏。在弹子球面的顶端痕迹为一条宽浅的擦划带（见图3c），在弹子的肩部两侧，痕迹呈明显的凹陷（见图3 a），在这里有的痕迹继续保持原有宽带状，有的则呈放射状或扇形。在同一把锁中，圆头弹子球面痕迹的反映程度随弹子在锁芯中所处的位置而变化。靠近钥匙槽口的弹子球面痕迹反映最明显，表现为由外向内痕迹依次渐轻的规律性。出现此现象是因为钥匙在插入或拨出钥匙槽的过程中，位于钥匙槽口的弹子球面与钥匙中的每个凹齿擦划接触，里端的弹子接触的概率则相对较少。在同一实验组中，痕迹的反映程度随原配钥匙开启次数而变化，开启次在100次以内时痕迹反映程度较轻，超过500次时痕迹区域表现为线痕致密或光滑（见图3 b）。在不同的实验组之间，开启次数相同的情况下痕迹的反映程度有差异，表现为有的锁具能反映痕迹，有的则反映程度较轻或不明显。通过用内窥镜观察，在方筋、匙槽的加工痕迹上没有发现新增的痕迹，这一观察结果的原因是由于在钥匙和钥匙槽之间存着公差和两者在相互摩擦时正压力较小（见表2）。

图3 圆头弹子上的原配钥匙痕迹

表2 锁具使用时间对开锁痕迹的影响

3.圆头弹子上的复制钥匙痕迹

通过实验发现，经过复制钥匙开启过的锁具，在有些锁具的圆头弹子球面上，从原配钥匙痕迹区域内可以寻找到数条反映程度不一的擦划线条，这些线条的方向与原配钥匙痕迹相同，在显微镜下表现相对较强的反光（见图4）。

图4 复制钥匙痕迹

图5 钥匙槽上的加工痕迹

这类痕迹产生的原因是由于：①复制钥匙制作工艺方面的原因。复制钥匙的制作工艺与原配钥匙存在着较大的差别。与原配钥匙标准化制造工艺不同，复制钥匙的凹齿是由配匙机的洗刀钻削而成[1]。洗刀的钻削在凹齿坑表面产生大小不等的同心圆状凸起线条[1]，这些凸起的线条犹如锋利的“刀刃”，在与圆头弹子擦划接触的过程中借助锁孔弹簧的正压力压入弹子球面表层，通过钥匙的拨插划动而形成线条状痕。另由于案件现场的复制钥匙一般都是首次使用，“刀刃”仍处于最锋利的状态。②钥匙凹齿结构的原因。钥匙拨插时，弹子和钥匙之间接触区域局限在凹齿间直径的连线上。钥匙扭转时，两者之间的摩擦局限在凹齿坑内。研究还发现，复制钥匙痕迹反映的程度与锁具的使用时间相关联。锁具使用时间越长（本研究用模拟开启次数越多表示）圆头弹子球面上形成痕迹擦划带越明显，好似将弹子球面进行了打磨，反之，弹子球面则类拟于粗糙客体，在粗糙客体上寻找同方向的擦划线条痕迹无疑是困难的。所以在实际案件现场的勘查中，不能因为在圆头弹子表面未发现明显的擦划痕迹而否定复制钥匙的开锁经历。

表3 材质对复制钥匙痕迹的影响

（三）材质对复制钥匙痕迹形成的影响

通过扫描电子显微镜/能谱仪对实验材料的成分进行分析得之，安毫、乐居、斯美达品牌的三种实验锁具弹子主要成分分别为铜、铁和表层镀镍；复制钥匙的主要成分别是铁、铜、锌。结合材料成分的“金属莫氏硬度”值，对实验结果进行比较发现，3种复制钥匙在镀镍的圆头弹子表面的痕迹反映均为显微镜下不可见，或痕迹反映较弱；成分为锌的复制钥匙开启3种锁具后的痕迹亦为显微镜下不可见，或痕迹反映较弱；铁和铜质的复制钥匙在部分锁具的弹子球面形成的痕迹能在显微镜下观察到（见表3）。[2]上述的归纳结果表明，痕迹的产生除因力的作用外还与材料的硬度有关。

从材料学的角度来说，材料有软硬之分。硬度是材料的一种综合性的力学性能指标，它是材料软硬程度的度量。材料的硬度有两类，一类是压入硬度，另一类是划痕硬度也称之为“金属莫氏硬度”，划痕硬度主要是反映金属对切断破坏的抗力或材料抵抗划痕的能力[4]。通俗的理解就是指一种物质抵抗另一种物质刻划的能力，就如钢制的小刀能在石膏上划出伤痕，但用它划玻璃时，小刀只会在玻璃上打滑而划不出痕迹来，这表明钢比石膏硬而比玻璃软。与本研究相关联的是材料的划痕硬度，钥匙在弹子的表面能否留下痕迹，在某种程度上取决于钥匙与弹子之间的材质硬度关系。如果钥匙的硬度大于弹子的硬度，它们之间相互摩擦时，能在弹子的表面观察到痕迹，反之则观察不到痕迹。

三、结论

用平板凹齿钥匙开锁会在圆头弹子上留下痕迹，痕迹的表现形态为线条状，具有数量少、长度短、反映程度相对较轻的特点。痕迹主要集中于原配钥匙痕迹区域内，方向与原配钥匙痕迹相同。检验复制钥匙痕迹，可通过痕迹长短和反光强等方面的特点进行；同时还应考虑到复制钥匙痕迹会受到钥匙和弹子材料的莫氏硬度关系的影响和锁具使用程度的影响。

[1]白艳平，王直明，等.几类常见钥匙被增配使用后在母匙上形成痕迹的检验方法[J].刑事技术，2007,(4)：16－18.

[2]敖琪，马元元.材质硬度对凸齿原配钥匙增配痕迹的影响[J].刑事技术，2006，(4)：10－11.

[3]陈保华，赵晓峰.常用硬度的测试原理及表示方法[J].金属加工，2008，(5)：69－71.

[4]凌树森.金属材料力学性能试验[J].理化检验－物理分册，1994，(4)：56－59.

How toIdentify theBroken Pin Tumbler Lock Traceby Using Duplicated Flat ConcaveTooth K ey

ZHU Hong-hui,JIANG Jin
(Nanjing Forest Police College,Nanjing,Jiangsu,210046)

This study has helped us to discover the regularity of the broken pin tumbler lock trace which is opened by a duplicated flat concave tooth key.We also try to seek the correct method to examine this particular trace.We noticed that the trace is affected by three critical factors.The first factor being machining marks,the second being comparison of two traces from original and duplicated flat concave tooth keys,also the hardness of the material.We conclude that the broken lock trace that has been caused by the duplicated flat concave tooth key is mainly concentrated on the spherical surface of the pin tumbler.The trace has linear patterns and matches the same direction with the original key trace.However the degree of reflection is based on the time of use and material type.

duplicated key;key cylinder;broken lock trace;material hardness

D631.44

A

2095-1140（2014）01-0018-06

（责任编辑：王道春）

2013-10-20

中央高校基本科研业务经费专项资金资助项目“L形开锁器与复制钥匙痕迹的研究”（LGYB201317）。

朱红慧（1961-），女，江苏射阳人，南京森林警察学院刑事科学技术系实验师，主要从事痕迹检验研究；蒋敬（1964-），男，江苏南京人，南京森林警察学院刑事科学技术系副教授，主要从事痕迹检验研究。