食品及生物材料低温保存过程中的低温断裂问题

速冻及冻结玻璃化保存是食品和生物材料的最佳保存方法，但这种方法可能引起低温断裂。本文分析了低温断裂的机理，并指出了速冻过程中应注意的一些问题。

食品的低温断裂及其对保存质量的影响

低温部分玻璃化保存是食品的最佳保存方法， 低温断裂是食品实现部分玻璃化的速冻过程中常见的问题。本文分析了低温断裂的机理及其对低温部分玻璃化保存食品质量的影响， 探讨了在速冻过程中预防食品低温断裂的方法。

材料的低温断裂研究进展

材料的低温断裂是科学研究的前沿问题,对工程有着重要的实际指导意义.笔者对低温断裂的内容和当前国内外的研究进展进行了概述,力求探讨关于低温断裂新的实验技术、新的理论以及新型材料,如纳米材料的低温断裂性能.

乙烯球罐用9％Ni钢焊接接头低温断裂韧度J_（IC）及J_R阻力曲线的试验研究

按ＡＳＴＭＥ１１５２—８７、Ｅ８１３—８９和我国ＧＢ２０３８—９１标准，用单试样卸载柔度法完成了９％Ｎｉ钢３种焊接接头的低温断裂韧度Ｊ（ＩＣ）和ＪＲ阻力曲线的测试。通过分析验证，采用国产Ａ５５７焊材修复球罐是可行的。

非调质钢40MnVTi低温断裂特性的研究

通过观察锻造态非调质钢４０ＭｎＶＴｉ低温冲击断口，分析了其低温断裂特性。

不同焊接位置海洋平台用钢焊缝金属低温断裂韧性

海洋平台用钢在横焊立焊位置下,焊缝金属低温断裂韧性存在差异,工程界普遍认为,高热输入的立焊位置试样韧性值低于低热输入的横焊位置试样,但诸多试验均呈现相反的结果.文中选取了两组CO2焊横焊立焊位置的焊缝金属试样进行了低温断裂韧性试验,得出了CTOD(裂纹尖端张开位移)值,并对焊缝处宏观形貌、断口形貌以及金相组织进行了分析.结果表明,由于柱状晶数量和取向及夹渣的影响,横焊位置试样低温断裂韧性低于立焊位置试样.

挤压态WE43镁合金低温断裂研究

为了研究挤压态WE43镁合金低温断裂原因及断裂机理,利用Gleeble-3800热模拟试验机在变形温度150℃、应变速率0.001~1 s^-1下进行WE43镁合金压缩试验直至试样断裂。通过光学显微镜和扫描电子显微镜观察了断裂试样裂纹附近区域微观组织及断口形貌。结果表明:低温下挤压态WE43镁合金塑性变形软化现象不明显,合金达到强度极限即断裂,并且流变应力对应变速率不敏感。低温压裂后WE43镁合金组织仍为等轴晶,但分布不均匀。沿着裂纹扩展方向及裂纹附近区域发现的孪晶、第二相粒子是挤压态WE43镁合金低温断裂的主要原因,能谱分析结果表明第二相为富Y的颗粒状沉淀以及富Nd的条状沉淀。挤压态WE43镁合金低温断口形貌为一系列解理面和少量由第二相粒子导致的韧窝,断裂机制为以穿晶解理为主的韧-脆混合型断裂。

Q500qE桥梁钢焊接接头的低温断裂韧性

实验室试制了60 mm厚TMCP型Q500qE桥梁钢厚板;使用自动埋弧焊机对试验钢板进行双面多层多道次对接焊试验。采用裂纹尖端张开位移(CTOD)测试技术和显微组织分析,对母材、焊缝金属和热影响区(HAZ)进行了低温(20、-10、-40℃)断裂韧性测试研究,利用扫描电镜对各部位的CTOD试验断口特征进行了分析,进而比较了母材、焊缝金属和热影响区不同区域金属低温断裂韧性。结果表明:随着试验温度的降低,焊接接头不同部位的断裂韧性CTOD特征值明显降低,F-V曲线逐渐缩短,试样的裂纹稳定扩展区变窄,断裂时的塑性变形不断减小直至消失,两侧剪切区也越来越不明显,焊接接头的韧性降低。在同一试验温度下,母材试样的裂纹稳定扩展区较宽,纤维断裂区较明显,裂纹扩展缓慢;热影响区试样的裂纹稳定扩展区最窄,断口平整,纤维区不明显,主要为脆断区。焊接过程的大输入量热循环使得焊接热影响区中原奥氏体晶粒尺寸增大,从而恶化了热影响区的低温韧性。

片麻岩-SBS橡胶沥青混合料低温断裂特性研究

为了研究片麻岩-SBS橡胶沥青混合料的低温断裂特性,采用马歇尔试验进行片麻岩-SBS橡胶沥青混合料配合比设计。在此基础上,成型旋转压实试件,并制备试件开展半圆弯曲试验测试,通过断裂韧性和断裂能评价沥青混合料抗裂性能。结果表明:断裂韧性随温度的升高而减小,-10℃和0℃时的断裂韧性比-15℃时分别减小18.2%和28.0%;断裂能随着温度的升高而减小,-10℃和0℃时的断裂能比-15℃时分别下降了38.9%和42.4%。

时效对JN1奥氏体钢超低温断裂韧度的影响

ＪＮ１ 奥氏体钢１３４８Ｋ固溶处理与９２３ 、９７３ 、１０７３Ｋ 时效５ｈ 后，４Ｋ 及７７Ｋ 断裂韧度测定结果表明，该钢有明显的时效脆化倾向。组织观察及Ｘ 射线衍射结果确认，时效脆化是Ｍ２３Ｃ６ 型碳化物沿晶界及退火孪晶界析出造成的。

镍基焊接材料熔滴特性及焊态熔敷金属与低温钢力学性能匹配

以真空冶炼+电渣重熔二步法制取镍合金焊芯,设计高碱度药皮形成复层梯度型熔渣,并研制出ENiCrMo-6深冷镍合金专用焊条.对研制焊条熔敷金属和采用ENiCrMo-6型异质材料焊接9Ni钢接头的力学性能进行试验.借助Acuteye高速摄像技术研究熔滴过渡及熔池流动特性,采用JSM-6360LV型扫描电子显微镜分析复层熔渣结构.对焊缝和热影响区进行观察和分析以从不同角度探讨低温断裂行为.结果表明,针对液态镍合金熔滴过渡颗粒粗大、流动性差、焊缝成形困难问题,通过药皮设计形成复层梯度型熔渣可有效解决焊缝成形.焊缝组织中,抑制奥氏体柱状晶粗化、减小超低温条件下的塑性损伤是保证低温韧性的重要条件.采用ENiCrMo-6型焊条焊接9Ni钢,其焊态热影响区过热对板条马氏体和逆变奥氏体相的影响并不显著.通常情况下,焊接加热不致严重降低过热区中板条马氏体间残留逆变奥氏体相,从而对过热薄弱区低温韧性具有组织保证作用.创新点:(1)创新性提出采用复层梯度型熔渣辅助高镍合金焊缝成形.(2)揭示出ENiCrMo-6镍基合金焊条异质焊接9Ni低温钢接头力学性能匹配的组织结构.

耐候钢激光-MAG复合焊接头的低温断裂韧性

为研究低温下高速列车用耐候钢激光-MAG复合焊接头的断裂行为,通过低温断裂韧性试验获得接头焊缝、热影响区和母材的断裂韧度Jm。采用Boltzmann函数进行拟合分析,得到各区的韧脆转变温度。结果表明:随着温度降低,接头各区域的断裂韧性呈降低的趋势,母材的低温韧性优于焊缝的低温韧性;焊缝区的韧脆转变温度约为-65.9℃,热影响区的韧脆转变温度约为-70.4℃,均高于母材(-81.9℃)。通过对微观组织和断口形貌的对比分析,阐明了激光-MAG复合焊接头各区域的微观断裂机理,焊缝金属较低的低温断裂韧性主要是由晶粒粗大和存在粗大的先析铁素体造成的。

X80大口径三通低温断裂韧性试验

油气管道站场用管要求具有较高的低温抗断裂性能,尤其是三通等管件的壁厚较大,尺寸效应显著。为了确定低温服役的X80大口径三通的适用温度和壁厚,通过夏比冲击、落锤撕裂和三点弯曲试验研究了X80大口径三通的低温断裂韧性和尺寸效应,并利用失效评估图技术进行安全评估。结果表明:X80大口径三通具有较好的低温夏比冲击性能,但抵抗低温裂纹长程扩展的落锤撕裂性能较差。试验温度高于-20℃时,随着壁厚增大,DWTT断口剪切面积减小,在20℃、0℃和-10℃试验温度下的50%剪切面积临界壁厚分别为26 mm、25 mm和22 mm。利用三点弯曲试验测得的低温断裂韧度计算的X80三通失效评估点均在安全区域内,而且有一定的安全裕量。

橡胶低温冲击断裂机理研究

基于橡胶单颗粒低温冲击破碎的实验研究 ,本文对橡胶低温冲击断裂机制进行了研究。首先对高聚物的力学特性作了必要的讨论 ,确定橡胶单颗粒冲击破碎的应力类型 ,建立了高聚物球形颗粒冲击破碎过程中应力波的传播模型。利用扫描电子显微镜对实验所得破碎颗粒的断面进行微观形貌观察 ,将观察结果与该模型比较 。

高速铁路钢桥的低温脆性断裂评估

基于断裂力学理论,提出采用损伤容限法的高速铁路钢桥低温脆性断裂评估方法。采用Euoro-code3确定正交异性板钢桥面的有效宽度和等效疲劳应力幅,应用断裂力学的Paris公式计算疲劳裂纹扩展速率,按照同时考虑脆性断裂和塑性屈服断裂影响的R6破坏模式确定设计应力强度因子,根据裂纹的长度、冲击功和转变温度确定含裂纹钢板在不同温度下的断裂韧性,并考虑板厚对冲击功的影响,桥梁结构中焊接残余应力、列车速度、钢板弯曲成型等因素对钢桥低温脆性断裂的影响。该方法适用于无试验条件确定含裂纹钢板低温断裂韧性情况下的低温脆性断裂评估,也可用于钢桥的疲劳强度降低程度、使用寿命内检查次数和焊缝修补次数的确定。应用此方法对欧洲某高铁钢桥的钢横梁下翼缘进行-40℃条件下的低温脆性断裂评估结果表明,当列车速度大于150km.h-1且钢横梁、钢吊杆等局部构件活载应力在70MPa以上时,等效降温已经达到-5℃以上,此时必须考虑列车速度对其脆性断裂的影响,而对应变速率小于0.002 5s-1的构件可以不考虑列车速度对脆性断裂的影响。

LPG储罐焊接接头低温抗断裂性分析

通过COD试验测定了两种用于LPG储罐建造的结构钢焊接接头低温抗断裂性能,研究了材料与工艺组合、试验温度等因素对焊接接头低温抗断裂性的影响,所得结果为LPG储罐的选材与焊接工艺制定、结构的抗断裂分析提供了基础数据。

结构钢S355N及S355N-Z25的低温CTOD断裂韧性及其da/dN研究

分别采用三点弯曲SE(B)与紧凑拉伸C(T)试样,通过-20℃的低温裂纹尖端张开位移CTOD断裂韧性试验及疲劳裂纹扩展速率da/dN试验,研究了S355N及S355N-Z25结构钢的裂纹启裂与扩展的抗力。研究结果表明:S355N钢抵抗裂纹启裂及前期扩展的能力比S355N-Z25钢强,但前者抵抗裂纹后期扩展的能力比后者弱;当应力强度因子范围ΔK小于34.3MPa.槡m时,S355N钢的疲劳抗力比S355N-Z25钢弱,当ΔK等于34.3MPa.槡m时,两者具有相同的疲劳抗力,当ΔK大于34.3MPa.槡m时,前者的疲劳抗力比后者强。研究结果对两种钢板在工程上应用及结构的安全评定提供了参考。

一种新的低温玻璃化破碎技术

提取细胞中的营养成份具有重要意义。基于低温玻璃化保存过程中的低温断裂现象 ,对目前常用细胞破碎技术进行了综述 ,在阐明其优缺点的基础上 ,提出了一种新的细胞破碎方法。通过比较分析 ,指出了该方法的可行性和优越性。

低温医学的一些新问题研究

近年来作者负责承担国家自然科学基金重点项目“临床医学中若干热物理问题的研究”。本文报告了此时项目对低温生物医学一些新问题的研究成果。其中包括低温冷冻外科手术治疗的过程控制 ;溶液冻结过程的显微图象 ;血管低温断裂及其防止 ;脂质体药物质的低温冷冻干燥 ;

电渣重熔对Fe-38Mn奥氏体合金低温沿晶脆性的抑制作用

研究了真空熔炼 Fe- 38Mn奥氏体合金电渣重熔前后系列冲击试样的断口形貌以及杂质元素和锰在晶界及晶内的分布。结果表明 :真空熔炼 Fe- 38Mn合金存在明显的韧脆转变现象 ,77K冲击功仅为 2 5 J,断口为沿晶断裂特征。经电渣重熔后 ,韧脆转变现象消失 ,77K的冲击功高达 30 0 J,断口以韧窝为主并有少量准解理小刻面。电渣重熔后硫的偏聚明显降低。该合金低温沿晶断裂的产生与硫在晶界的偏聚有关。