镍基合金GH4169在高温下仍然保持较好的强度、抗氧化能力等,从而被广泛应用于航空航天领域。但镍基合金是典型的难加工材料,且需要较高的加工精度,科研人员始终致力于其切削加工过程中表面加工质量、刀具磨损等方面的研究。GH4169内部成分多样且结构复杂,宏观实验或仿真较难对其加工过程进行更加微观与深入地研究。分子动力学（MD）方法能够更加方便地从原子尺度对其加工过程中的微观结构演变进行观察与研究,进而揭示各种机理,是研究镍基合金超精密加工的良好手段。本文应用分子动力学方法,构建了立方氮化硼（CBN）刀具切削镍基合金工件的纳米切削简化模型。工件模型分为Ni-Fe-Cr合金模型及含有Ni-Fe-Cr合金（γ相材料）和Ni₃Al（γ’相材料）的多相模型,各种类原子质量比参考镍基合金GH4169。模型中应用EAM、Morse和Tersoff三种势函数赋予不同种类原子之间相互作用,运用LAMMPS软件仿真切削过程。进而对镍基合金切削过程中刀-工界面的工件表层加工硬化机制及刀具表面原子扩散现象进行研究。通过追踪切削过程中单晶Ni-Fe-Cr模型内部微观结构变化,能够清晰观察到工件内部面角位错,位错塞积以及位错缠结等导致加工硬化的微观机制。构建Ni-Fe-Cr合金及单晶Ni相同切削条件下的纳米切削模型,求解两种材料的层错能并观察与对比其内部层错变化。结果表明:层错能的降低导致镍基合金在切削过程中产生层错的概率增大,这间接导致其在塑性变形过程中形成较多引起加工硬化的面角位错。通过CBN刀具对镍基合金Inconel718的铣削实验发现,工件中Ni、Fe和Cr原子扩散进入刀具中。应用分子动力学方法研究原子扩散对CBN刀具晶体性能的影响。结果表明:工件原子扩散到CBN单晶刀具中,使得CBN晶体抗压强度降低,且随着条件温度升高晶体的抗压强度下降。构建分子动力学冲击模型得到CBN刀具扩散前后的冲击韧性,工件原子扩散到CBN刀具晶体中,使得刀具晶体冲击韧性明显下降。通过构建多相切削模型发现,切削过程中工件原子扩散进入CBN刀具,刀具晶界处进入更多工件原子,说明原子更易扩散进入CBN晶界,在晶界中扩散。而在工件中,γ相或γ’相的晶格中同种原子的扩散激活能要大于此种原子在晶界或两相相界处的扩散激活能。工件原子更容易通过晶界或相界扩散到刀-屑界面,进而扩散进入刀具。且同一区域不同种类的原子扩散难易程度不同。通过计算CBN晶格处原子掺杂形成能、刀具原子空位形成能以及自间隙形成能发现,相比于CBN晶格正常格点位置,工件原子更容易扩散进入晶格间隙位置。