金刚石因其超高硬度、高热导率及大禁带宽度等特性,在刀具、光电等很多领域都有着不可替代的作用。尤其是在光电领域的应用要求金刚石表面光滑且亚表面无损伤。而天然金刚石和人造金刚石在生产过程中很难控制其表面粗糙度,因此,需要对金刚石衬底进行加工以制备符合要求的高质量金刚石衬底。现有的金刚石加工过程存在精度差、效率低的缺点制约了其应用的进一步发展。最近发展起来的采用纯金属与金刚石反应摩擦生成碳化物,而后通过磨粒磨削去除碳化物的方式实现金刚石的高效去除,然而该方法的金刚石去除机理还未有明确研究,尤其是作为纯铁与金刚石摩擦反应后生成的碳化铁（Fe3C）的力学性能及去除机理等都亟待研究。另外,钢铁在结构材料中一直占据主导地位,特别是近年来,超高强度珠光体钢丝引起了人们的广泛关注。而碳化铁作为珠光体钢主要的硬质相,对其保持高强度和韧性至关重要。因此,研究单晶碳化铁的力学性能和形变机理,有助于用于金刚石磨削反应去除的复合砂轮材料的选择及加工工艺的优化,且对于理解和调控珠光体钢的力学性能也具有指导意义。本文通过抛光过共晶白口铸铁,获得单晶碳化铁晶粒,对其不同晶面进行纳米压痕和纳米划痕实验。通过纳米压痕实验明确其力学性能;通过不同条件的纳米划痕,利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察纳米划痕引入的表面及亚表面损伤,分析材料的形变和去除机理及各向异性特征。使用分子动力学仿真模拟单晶碳化铁的纳米压划实验,进一步揭示碳化铁的形变机理。本文主要研究内容及结论如下:（1）纳米压痕实验测得单晶碳化铁低指数（100）和（110）晶面的硬度较低,远小于金刚石的硬度。从力学性能角度看,磨削反应生成物碳化铁易于使用磨粒去除,故纯铁适合作为复合砂轮的反应磨料。并且发现碳化铁在常温的纳米压痕下发生较多的塑性变形以及材料堆积,有明显的塑性特征。（2）在碳化铁不同晶面的不同晶向上进行了纳米划痕实验。发现（100）晶面具有极强的变形各向异性:[010]晶向定载荷划痕表面存在明显的滑移线,亚表面发生了沿{103}晶面族以及（100）晶面的滑移;[001]晶向定载荷划痕表面和亚表面都没有明显滑移出现。进行了（110）晶面[11 0]晶向定载荷划痕,在划痕表面发现了与（100）晶面不同的滑移线,观察亚表面发现{113}晶面族的滑移,与（100）晶面存在明显的晶面间各向异性。通过高倍透射电镜分析,发现碳化铁主要发生多晶化的塑性形变,易进行加工。进行了（100）晶面和（110）晶面的变载荷划痕,明确了各形变产生的临界条件。纳米划痕实验结果表明,单晶碳化铁的形变在同一晶面不同晶向及不同晶面间都存在强烈的各向异性特征。（3）进行了碳化铁纳米压痕和划痕的分子动力学仿真,仿真晶面和晶向与实验相对应,根据不同方向的观察,发现碳化铁（100）晶面不同晶向的压痕和划痕仿真都会激发碳化铁{103}晶面族的滑移,并未出现（100）晶面滑移,说明碳化铁在{103}晶面族的滑移更易激活。