【摘要】 首先，与各向同性材料相比，催化裂化金属材料的机械性能是复杂的。

众所周知，铜、镍、银和金等金属具有面心立方晶体结构。理论模型在解释 FCC 金属材料划痕过程中存在的不足可以分为三个方面。

 

首先，与各向同性材料相比，催化裂化金属材料的机械性能是复杂的。例如，Zepeda-Ruiz 等人在7种不同的晶体取向下，进行了单晶铝分子动力学加工的超大规模模拟塑性变形[1]。模拟结果表明，在金属硬化加工过程中，基本的位错行为是相同的，从而否定了传统的位错硬化理论。目前，屈服强度各向异性的起源尚不清楚。同时，Kareer 等研究了压痕硬度和划痕硬度之间的关系，并指出在纳米划痕硬度的定义上存在很多分歧[2]。因此，大多数现有的模型通常包含许多经验公式，如弹性复原和塑性侧向流。基于应力-应变理论的模型不能合理地分析催化裂化金属材料的加工过程。

 

其次，大多数用于研究加工过程的模型基于二维(2D)滑移线理论，主要适用于刀具宽度显着大于未切削切屑厚度的加工过程，如正交切削，捏炼和钻孔。对于刮削过程，材料沿刀具宽度的去除行为是不同的，因此，传统的二维剪切滑移模型不适用于三维刮削过程。

 

第三，基于应力-应变和连续介质假设的理论模型不能用于分析纳米加工过程。

 

因此，现有模型的局限性在于，这些模型将催化裂化金属材料的机械性能作为输入，而没有理解催化裂化晶体机械性能的本质。然而，如前所述，切削力和材料的应力-应变状态是基本变量，而不是与工业相关的输出。因此，对于催化裂化金属材料的单点加工，可以通过构建一个新的模型来克服这三个缺点，该模型不把机械性能作为输入，而是可以通过其他方式计算与工业相关的输出。于是基于催化裂化晶体材料的微观变形行为来解释三维微尺度和纳米尺度的划痕过程，抛弃了连续均匀介质的应力-应变观点来理解加工过程。划痕结果直接根据原子在 FCC 金属材料中的运动规律计算出来，从而避免了目前基于应力-应变观点处理各向异性材料时的困境，例如复杂的机械性能、摩擦行为和尺寸效应，从而统一了 FCC 金属材料在微米和纳米划痕中的去除行为。

 

  • A. ZepedaRuiz, A. Stukowski, T. Oppelstrup, N. Bertin, N.R. Barton, R. Freitas, V.V. Bulatov,Atomistic insights into metal hardeningNat. Mater., 20 (2021), pp. 315-320, 10.1038/s41563-020-00815-1
  • Kareer, E. Tarleton, C. Hardie, S.V. Hainsworth, A.J. Wilkinson,Scratching the surface: elastic rotations beneath nanoscratch and nanoindentation tests,Acta Mater., 200 (2020), pp. 116-126, 1016/j.actamat.2020.08.051

 

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