随着科学技术的飞速发展,特别是航空航天、光学、通讯、微电子等高技术行业的快速发展,加工制造领域面临着更为苛刻的要求,而其中越来越多的需求都是传统加工所无法实现的,因此,超精密加工就成为制造技术发展的必然趋势。用于超精密加工的单点金刚石车削技术由于可在加工后获得极佳的表面粗糙度和表面形状精度,已成为制作高精度光学器件和高精度模具的重要加工方法。而钢铁材料作为用途最广的工程材料,以其成本低廉,功能多样化而备受微纳研究领域的重视。但因为用单晶金刚石刀具加工钢铁材料时会产生巨大的刀具化学磨损,所以传统意义上认为金刚石不能切削黑色金属。若能将单点金刚石车削应用于钢材的超精加工,必会引起先进制造业的革命,有着重大的社会效益和经济效益。论文主要工作如下:从化学角度分析了金刚石切削钢铁材料产生巨大刀具磨损的机理,引入了碳、氮元素化学特性相悖的排斥理论,结合金刚石车削特点简要解释了渗氮方法可以改善金刚石刀具磨损的根本原因。考虑到外层轨道的相互作用,分析了同碳元素或氮元素具有类似化学特性的各合金元素可能对渗氮过程和金刚石刀具磨损的影响,并创新地应用到工件材料成分的设计中。本文实验中采用不同元素成分的工件材料,运用精车、抛光和磨削等半精加工工艺以及气体、离子两种渗氮方法,变换各相关工艺参数来研究。实验发现,对钢铁材料进行渗氮处理,尤其是离子渗氮,可以极大改善钢铁材料的金刚石可切削性,刀具磨损量明显减少,加工区表面粗糙度值大大降低。离子渗氮后的NAK80模具钢,在切削长度达到120米时产生的后刀面磨损宽度小于3μm,适宜进行金刚石超精密切削,此结果也验证了之前材料化学的分析理论。而通过金刚石切削实验,在离子渗氮后的Stavax不锈钢上获得了表面粗糙度Ra达到4.2nm的结果。