工程实际应用中发现:在低应力(约为材料屈服极限的1/10～1/3)多冲碰撞载荷条件下服役时,许多关键金属零构件会因发生宏观累积塑性变形而导致失效。本文针对这一现象进行了试验研究,并且以试验数据为基础,分析了材料在低应力多碰条件下发生宏观累积塑性变形规律,探讨了低应力多碰下发生塑性变形的机理。根据多碰试验需要,本文对多碰试验机系统各相关模块进行了设计改进。在对原关键部件——旋转换向阀进行受力分析基础上,设计了含有两个插装阀和一个电磁换向阀的两位三通换向装置来代替旋转换向阀,实际应用表明该装置工作稳定可靠可以满足试验需要。此外,基于高速CCD设计了多碰试验数据采集系统,利用MATLAB程序可以在像素级提取试验数据,提高了数据采集的精确度。以核电、化工阀门常用的不锈钢1Cr18Ni9Ti和激光熔覆表面强化常用的镍基合金Ni-2作为试验材料进行了多碰试验,为便于比较研究对这两种材料的试件在相同的多碰载荷条件下进行试验:频率为4Hz、峰值应力为130MPa。(1)分别做出了两种试件平均应变率、累计应变、层深和碰撞次数间的关系曲线。发现两种材料具有相似的累积塑性变形规律:a)多碰应变的双“趋表”现象;b)在相同的多碰条件之下,不同材料其累积塑性变形总深度不同、总应变不同;c)分层硬化现象;(2)对试件多碰前后的金相组织进行对比分析发现:低应力多冲碰撞后,试件表层组织模糊混乱,出现大量的晶粒晶界碎化现象,并且随层深的增加逐步减轻,直到几乎与多碰前金相组织相似;晶粒有明显变形且变形方向与碰撞方向成30o～45o;(3)针对两种不同的材料,对应变区域总应变与碰撞次数的关系数据进行了回归分析,得出了两种材料累积总应变的回归曲线。利用该公式可以计算出材料在给定碰撞次数下的累积塑性变形量。以试验数据为基础,结合对试件的微观组织分析,本文对材料在低应力多碰条件下累积塑性变形的机理进行了探讨:(1)建立了多碰位错运动模型,并且结合试验数据对该模型进行了分析;(2)根据现有塑性变形理论,对材料多碰宏观累积塑性变形的机理进行了初步探讨:a)能动理论:在多冲碰撞载荷下,振动的质点在某一时刻有可能处在势能山的半坡上,多次冲击可能将质点推过能峰,使位错向前移动,晶体开始滑移,宏观上表现为塑性变形;b)多碰温升效应:多碰载荷下,由于温升效应,位错有可能通过攀移出塞积群而消失,从而对低应力多碰变形做出贡献;c)组织结构的变化:在多碰载荷的作用下,出现了晶界滑移、亚结构和孪晶形成等现象,这些现象的产生都有利于位错启动与增殖;d)多碰动态响应理论:多碰会在试件内产生由表及里传播且呈指数递减的应力波,由于应力波在试件内部的多次反射,多个应力波的叠加有可能超过材料的屈服极限产生宏观累积塑性变形。