Pengaruh Cacat Bawah Permukaan yang Diinduksi Pemesinan pada Evolusi Dislokasi dan Sifat Mekanik Material melalui Indentasi Nano

Hasil dan Diskusi

Evolusi Cacat Bawah Permukaan dalam Proses Pemotongan Nano

Dalam proses pemotongan nano, di bawah aksi ekstrusi dan geser alat pemotong pada benda kerja, material permukaan benda kerja dengan ketebalan kedalaman pemotongan dihilangkan, dan permukaan mesin baru dengan akurasi ukuran dan kualitas permukaan tertentu terbentuk. Deformasi plastis-elastis yang kompleks termasuk deformasi tegangan dan deformasi termal terjadi pada permukaan dan bawah permukaan benda kerja yang menyertai transformasi energi dan konsentrasi tegangan. Oleh karena itu, lapisan kerusakan bawah permukaan terbentuk dan chip dihilangkan. Gambar 2 menunjukkan pandangan instan dari evolusi cacat bawah permukaan dan penghilangan material selama proses pemotongan nano dari tembaga kristal tunggal. Pada Gambar 2, atom-atom tersebut diwarnai dengan nilai CSP dan hasil analisis CNA. Pada Gambar 2a dan c, atom kuning, hijau, merah, dan biru adalah atom permukaan, atom cacat permukaan, atom cacat bawah permukaan, dan atom FCC. Dapat dilihat dari Gambar 2 bahwa banyak struktur cacat khas terbentuk di bawah permukaan benda kerja selama proses pemotongan nano, seperti cacat titik, cacat kekosongan, kesalahan susun, cacat cluster, dislokasi prismatik, dan loop dislokasi sekrup.

Tampilan instan dari evolusi cacat bawah permukaan selama proses pemotongan nano dari tembaga kristal tunggal (Warna online, bilah skala 5 nm). Jarak potong a , b , c , dan d masing-masing adalah 18 nm, 18 nm, 6 nm, dan 32 nm

Karena efek pemerasan dan geser dari alat pemotong, deformasi geser-slip dihasilkan untuk atom-atom di depan permukaan rake dan zona geser-geser utama terbentuk di benda kerja selama proses pemotongan-nano, seperti yang ditunjukkan pada Gambar .2b. Beberapa atom ini tergelincir di sepanjang permukaan rake dan chip pemotong terbentuk seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2a. Beberapa bergerak ke bawah dan permukaan mesin terbentuk di bawah gesekan tekanan dari permukaan sayap pahat seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2b. Lainnya bergerak ke dalam dan cacat bawah permukaan terbentuk, seperti kesalahan susun, cacat cluster, dan dislokasi prismatik, ditunjukkan pada Gambar. 2a dan b.

Karena gesekan dan ekstrusi permukaan sayap pahat, akumulasi energi terjadi untuk atom di dekat permukaan sayap dan atom menjadi atom berenergi tinggi. Ketika energi atom melampaui tingkat tertentu, energi yang dibawa oleh atom energik akan dilepaskan dan dislokasi terbentuk di bawah penggerak atom energik. Oleh karena itu, banyak dislokasi yang terbentuk di bidang gesekan muka sisi, ditunjukkan pada Gambar. 2d. Dengan permukaan mesin yang terbentuk, dislokasi nukleasi, memperpanjang, dan memusnahkan, di bawah permukaan. Akhirnya, struktur cacat seperti kesalahan susun, SFT, dan cacat kekosongan ditinggalkan di bawah permukaan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2d. Sesar susun dinukleasi di zona geser-geser di bawah pahat potong, kemudian meluas ke benda kerja, dan akhirnya dimusnahkan di permukaan bebas benda kerja. Akhirnya, garis dislokasi terbentuk pada permukaan benda kerja. Dan garis dislokasi diperpanjang sepanjang \( \left[\overline{1}0\overline{1}\right] \), \( \left[\overline{1}01\right] \), dan [101] arah. Loop dislokasi ulir, yang terletak di tepi zona geser-geser, terdiri dari beberapa sesar susun dan serangkaian dislokasi ulir. Dislokasi sekrup terbentuk di bawah penggerak keadaan tegangan tekan zona geser-geser [11].

Dalam proses pemotongan nano, dislokasi berinti dan diperpanjang di bawah aksi alat pemotong. Bersamaan dengan agregasi dan pelepasan energi, gaya potong berfluktuasi dengan meningkatnya jarak potong, yang ditunjukkan pada Gambar. 3 dalam tiga dimensi. Pada Gambar 3, kurva hitam, merah, dan biru masing-masing adalah gaya umpan (Fx), gaya balik (Fy), dan gaya tangensial (Fz). Dari Gambar 3 dapat dilihat bahwa proses pemotongan dibagi menjadi dua periode yaitu tahap pemotongan awal dan tahap pemotongan stabil. Selama tahap pemotongan awal, gaya umpan dan gaya balik meningkat dengan cepat, lurus. Nilai maksimum gaya umpan mencapai lebih dari 1100 nN, tetapi gaya balik baru tiba sekitar 600 nN. Ketika ujung pahat memotong benda kerja sepenuhnya, permukaan mesin terbentuk, ditunjukkan sebagai grafik kecil pertama yang ditandatangani sebagai Permukaan mesin pada Gambar 3. Kemudian, proses pemotongan nano ditransfer ke tahap pemotongan yang stabil. Pada tahap pemotongan yang stabil, ketiga gaya tersebut berfluktuasi pada posisi keseimbangannya. Gaya umpan rata-rata sekitar 1000 nN, dan gaya balik rata-rata hanya sekitar 500 nN. Dapat dilihat dari Gambar 3 bahwa gaya umpan mengalami penurunan yang cepat pada jarak pemotongan 20 nm. Hal ini dikarenakan akumulasi energi tersebut sampai pada suatu tingkat tertentu yang merupakan energi regangan kisi kritis, seperti ditunjukkan pada grafik kecil kedua pada Gambar 3. Sementara itu, sebuah tahanan besar bekerja pada pahat yang mengakibatkan gaya potong menjadi nilai puncak. Kemudian, energi dilepaskan yang menghasilkan emisi dislokasi, dan gaya potong berkurang, ditunjukkan sebagai grafik kecil ketiga pada Gambar. 3. Oleh karena itu, gaya potong berfluktuasi selama tahap pemotongan stabil. Nukleasi, ekstensi, dan pemusnahan dislokasi menyebabkan fluktuasi gaya potong dan akhirnya mengakibatkan cacat bawah permukaan yang ada pada benda kerja.

Kurva variasi gaya potong dengan jarak potong (warna online). Kurva hitam, merah, dan biru masing-masing adalah gaya umpan (Fx), gaya balik (Fy), dan gaya tangensial (Fz)

Untuk menyelidiki secara rinci evolusi dan emosi cacat dislokasi di bawah permukaan benda kerja selama proses pemotongan nano, distribusi dislokasi dan variasinya dengan jarak pemotongan dianalisis secara teliti dengan metode CNA. Evolusi cacat bawah permukaan benda kerja pada area tertentu ditunjukkan pada Gambar 4, di mana jarak pemotongan Gambar 4a, b, c, d, e, dan f masing-masing adalah 8 nm, 10 nm, 12 nm, 20 nm , 24 nm, dan 32 nm. Dapat dilihat dari Gambar 4a bahwa banyak cacat dislokasi yang berinti pada zona geser-geser di bawah aksi geser ekstrusi pahat potong selama tahap awal proses pemotongan. Khususnya, dislokasi berbentuk V dan patahan terbentuk di bawah aksi penggerak tegangan atom dan energi di zona geser-geser, yang ditunjukkan pada Gambar 4b. Pada proses pengolahan selanjutnya, zona geser-geser dipindahkan ke depan dengan pahat tetap bergerak. Karena energi deformasi menurun, sesar secara bertahap dimusnahkan. Selama pahat terus bergerak maju, zona gesekan muka sayap dipindahkan ke dekat patahan. Dan permukaan mesin kekasaran terbentuk di bawah ekstrusi dan gesekan permukaan sayap. Kemudian sesar terus dimusnahkan dan secara bertahap terlepas dari permukaan benda kerja, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4d. Akhirnya, patahan tersebut ditransformasikan menjadi cacat cluster yang terus ada di bawah permukaan benda kerja. Demikian pula, dislokasi berbentuk V yang terbentuk secara bertahap berkembang menjadi SFT di bawah interaksi dua sesar susun dan kunci dislokasi. Cacat stabil ini terdiri dari lapisan deformasi bawah permukaan bersama-sama, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4e dan Gambar 4f.

Evolusi cacat bawah permukaan benda kerja (warna online). Jarak potong a , b , c , d , e , dan f masing-masing adalah 8 nm, 10 nm, 12 nm, 20 nm, 24 nm, dan 32 nm

Seperti yang kita ketahui, pelepasan tegangan sisa dan pemulihan cacat internal akan terjadi pada benda kerja setelah perawatan penuaan. Dalam fabrikasi nano yang sebenarnya, beberapa cacat bawah permukaan yang terbentuk selama pemrosesan akan hilang setelah proses pemesinan. Untuk mensimulasikan keadaan benda kerja setelah perawatan penuaan, relaksasi dinamika molekuler dilakukan pada sistem pemotongan untuk waktu yang lama. Diagram distribusi cacat sisa di bawah permukaan benda kerja setelah relaksasi MD untuk waktu yang lama ditunjukkan pada Gambar 5, di mana atom diwarnai sesuai dengan hasil analisis dengan metode CSP dan CNA. Dapat dilihat dari Gambar 5 bahwa dislokasi primer dimusnahkan setelah relaksasi. Cacat vacancy, sesar susun, kluster atom, dislokasi prismatik, dislokasi ulir, SFT, dan dislokasi batang tangga terdapat di bawah permukaan benda kerja, seperti ditunjukkan pada Gambar 5. Berdasarkan analisis di atas, cacat ini terbentuk di bawah induksi tegangan internal yang kompleks dan interaksi cacat dislokasi, akan mempengaruhi akurasi ukuran dan kualitas permukaan benda kerja setelah pemrosesan nano.

Distribusi cacat sisa di bawah permukaan benda kerja setelah pemotongan nanometer (warna online, bilah skala 5 nm). a Atom kuning, hijau, merah, dan biru adalah atom permukaan, atom cacat permukaan, atom cacat bawah permukaan, dan atom FCC. b Atom hijau, merah, abu-abu, dan biru adalah FCC, HCP, tidak diketahui, dan struktur BCC

Uji Indentasi Nano pada Spesimen Tembaga dengan Cacat Bawah Permukaan Akibat Pemesinan

Cacat residu bawah permukaan yang diinduksi pemesinan mengatur sifat mekanik permukaan, terutama kekerasan dan modulus Young. Oleh karena itu, penyelidikan nukleasi dan interaksi dislokasi selama indentasi nano tampaknya sangat diperlukan. Untuk menyelidiki pengaruh cacat bawah permukaan yang diinduksi permesinan pada sifat mekanik tembaga kristal tunggal, proses lekukan nano pada spesimen setelah pemotongan nano dipraktikkan dengan parameter yang sama seperti simulasi pemotongan nano. Hasil simulasi ditunjukkan pada Gambar. 6, 7, 8, 9 dan 10. Gambaran atom sesaat dari distribusi cacat bawah permukaan pada keadaan awal lekukan nano ditunjukkan pada Gambar 6. Dari gambar tersebut dapat dilihat adanya beberapa SFT, berbentuk V dislokasi, beberapa dislokasi prismatik, dan beberapa cacat cluster di bawah indentor. Cacat bawah permukaan ini dapat mempengaruhi nukleasi dislokasi dan perluasan benda kerja selama proses indentasi nano. Dan kemudian sifat mekanik material benda kerja diubah.

Distribusi cacat bawah permukaan benda kerja dalam keadaan lekukan awal (warna online). Atom merah, abu-abu, dan biru adalah HCP, tidak diketahui, dan struktur BCC

Dislokasi bawah permukaan merusak evolusi dalam proses pemuatan lekukan nano (warna online). Kedalaman lekukan yang sesuai dari a –f masing-masing adalah 0 nm, 0,5 nm, 1 nm, 2 nm, 3 nm, dan 4 nm

Distribusi dislokasi bawah permukaan dalam proses pemuatan lekukan nano (warna online). Kedalaman lekukan yang sesuai dari a –f masing-masing adalah 0 nm, 0,5 nm, 1 nm, 2 nm, 3 nm, dan 4 nm. Skema warna:biru tua untuk dislokasi sempurna, hijau untuk dislokasi Shockley, merah muda untuk dislokasi Stair-rod, kuning untuk dislokasi Hirth, biru muda untuk dislokasi Frank, dan merah untuk dislokasi tak dikenal

Evolusi cacat bawah permukaan dalam proses pembongkaran lekukan nano (warna online). Kedalaman lekukan yang sesuai dari a –f berturut-turut adalah 4 nm, 3 nm, 2 nm, 1 nm, 0 nm, dan 1 nm

Distribusi dislokasi bawah permukaan pada proses pembongkaran lekukan nano (warna online). Kedalaman lekukan yang sesuai dari a –f berturut-turut adalah 4 nm, 3 nm, 2 nm, 1 nm, 0 nm, dan 1 nm. Skema warna:biru tua untuk dislokasi sempurna, hijau untuk dislokasi Shockley, merah muda untuk dislokasi Stair-rod, kuning untuk dislokasi Hirth, biru muda untuk dislokasi Frank, dan merah untuk dislokasi tak dikenal

Gambar evolusi atom dislokasi bawah permukaan selama proses pembebanan lekukan nano ditunjukkan pada Gambar 7. Dapat dilihat dari Gambar 7a bahwa nukleasi awal dislokasi terjadi pada permukaan spesimen ketika indentor bersentuhan dengan permukaan benda uji. contoh. Dengan tekanan ke bawah dari indentor, dislokasi berinti diperluas secara bertahap. Sementara itu, di bawah pengaruh tegangan yang diberikan oleh indentor, sejumlah besar dislokasi berinti dan bergerak sepanjang sistem slip, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7b. Di bawah interaksi antara dislokasi yang baru terbentuk dan cacat bawah permukaan asli, beberapa cacat sederhana menghilang secara bertahap, dan dislokasi berbentuk V terus berkembang dan dimusnahkan secara bertahap. SFT di bawah indentor berkurang secara bertahap, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 7c. Saat proses indentasi berlangsung, skala cacat dislokasi berinti baru meningkat, dan dislokasi berbentuk V dan SFT1 di bawah indentor menghilang secara bertahap. Secara bersamaan, cacat dislokasi yang terbentuk selama lekukan secara bertahap berkembang menjadi loop dislokasi prismatik, di mana kesalahan susun secara bertahap menghilang, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 7d. Loop dislokasi prismatik yang baru terbentuk terus meluas ke SFT2 di kanan bawah indentor. Karena strukturnya yang stabil, SFT2 tetap tidak terdeformasi selama perluasan loop dislokasi prismatik, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7e. Saat indentor menekan ke bawah, loop dislokasi prismatik terus meluas ke bawah, dan skala cacat dislokasi di area bawah permukaan meningkat secara bertahap. Struktur SFT2 berada secara stabil di bawah permukaan spesimen dan tidak mengalami perubahan selama pergerakan dan interferensi dari cacat dislokasi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 7 f.

Untuk menunjukkan evolusi dan distribusi cacat bawah permukaan selama proses indentasi lebih jelas, metode DXA digunakan untuk menganalisis spesimen setelah indentasi. Gambar distribusi dislokasi bawah permukaan pada setiap waktu yang sesuai Gambar 7 diperoleh dengan analisis DXA, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8. Dislokasi diwarnai berdasarkan skema berikut:biru tua untuk dislokasi sempurna, hijau untuk dislokasi Shockley, merah muda untuk Stair-rod dislokasi, kuning untuk dislokasi Hirth, biru muda untuk dislokasi Frank, dan merah untuk dislokasi tak dikenal.

Dapat dilihat dari Gambar 8 bahwa benda kerja di bawah permukaan terutama terdiri dari dislokasi Shockley dan dislokasi Stair-rod dalam keadaan lekukan awal. SFT yang ada di bawah permukaan adalah struktur tetrahedral beraturan yang terdiri dari enam dislokasi batang tangga. Ketika indentor menyentuh benda kerja, nukleasi dislokasi pada permukaan benda kerja adalah dislokasi Hirsh kuning, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8a. Saat indentor ditekan, sejumlah besar dislokasi berinti dan dipindahkan sepanjang sistem slip. Dislokasi Hirsh kuning secara bertahap berubah menjadi dislokasi Shockley hijau, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 8b. Di bawah interaksi antara dislokasi yang baru terbentuk dan SFT1 asli, beberapa dislokasi sederhana menghilang, secara bertahap, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8c. Skala dislokasi bawah permukaan meningkat dengan penurunan indentor, dan dislokasi yang baru terbentuk terutama dislokasi Shackley hijau. Interaksi antara dislokasi Shockley dan SFT1 menghasilkan ukuran penurunan bertahap SFT1 dan akhirnya hilangnya SFT1, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 8d. Dengan meningkatnya skala cacat, jumlah dan jenis dislokasi di bawah permukaan spesimen meningkat. Ada jenis dislokasi merah yang tidak diketahui yang terbentuk di bawah permukaan, dan beberapa dislokasi Shockley membentuk loop dislokasi prisma, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8e. Di bawah interaksi dislokasi Shockley dan dislokasi Stair-rod, SFT2 dan SFT3 yang jauh dari daerah lekukan akhirnya tidak hilang, karena ekstrusi indentor yang lebih lemah, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8f.

Gambaran evolusi dislokasi bawah permukaan selama proses pembongkaran lekukan nano ditunjukkan pada Gambar 9. Gambar 10 menunjukkan gambar distribusi dislokasi bawah permukaan yang sesuai pada Gambar 9. Dari kedua grafik terlihat bahwa skala cacat bawah permukaan meningkat pada awalnya, dan kemudian secara bertahap berkurang selama proses indentor bergerak ke atas. Hal ini disebabkan oleh fungsi komprehensif antara pelepasan energi deformasi material secara terus menerus dan gaya adhesi yang diberikan oleh indentor pada spesimen. Pada tahap awal proses pembongkaran, gaya adsorpsi ke atas dari efek indentor pada spesimen tidak signifikan. The evolution of subsurface defect is mainly driven by the material deformation energy, which results in the scale of subsurface defects increase. And the main types of dislocations in the stage are the green Shockley dislocation and the pink ladder dislocation, as shown in Figs. 9a, b and 10a, b. The interaction between the SFT2 and Shockley dislocation nearby makes pink stair-rod dislocation turn into green Shackley dislocation in the area far away indenter action. Meanwhile, the SFT2 is transformed into a smaller defect which is SFT3, as shown in Figs. 9c and 10c. With the continuous lifting of the indenter, the bonding and adsorbing effect exerted by the indenter on the specimen increases gradually. Accompany with the deformation energy release, the size and types of dislocations in subsurface increase. And more perfect dislocations, Hirh dislocations, and unknown dislocations are formed, as shown in Figs. 9d and 10d. In later stage of unloading process, the material deformation energy is basically released, and the evolution of subsurface defects is dominated by the adsorption from the indenter. Therefore, the subsurface defects are annihilated rapidly, and the scale of subsurface defects decreases rapidly. And a typical Hirsch dislocation is formed in the direction of the indenter upward, which is shown in Figs. 9e, f and 10e, f. Finally, the scale of subsurface defects decreases considerably, and some typical subsurface defects, such as SFT and atomic clusters, are gradually disappeared. From the above analysis, it can be seen that secondary processing (nano-indentation) can restore the typical internal defects formed in nano-cutting, and the subsurface damage becomes more serious in the secondary processing area. These characteristics of subsurface defects will affect the mechanical properties of materials. Hence, it is necessary to study the effect of subsurface defects on the mechanical properties of material.

Mechanical properties of materials can be calculated by load-displacement curve, such as hardness, elastic modulus, and yield strength. In this study, hardness and Young’s modulus of single crystal copper were investigated. The variation of load on the indenter was monitored during the nano-indentation process, and the load-displacement curve of the nano-indentation process was drawn, as shown in Fig. 11. The max indentation depth of the red and black curves respectively is 2 nm and 3 nm, in which both loading and unloading processes are included. The upward direction of load is defined as positive direction, so the load-displacement curves are all above the zero line in the process of loading, while the load on the indenter changes from positive to negative during unloading. The elasticity restore of deformed matrix material exerts an upward force on the indenter. Therefore, in order to keep the indenter raising in uniform speed, a downward force (positive) is required. With the gradual recovery of deformation, the force gradually decreases until it disappears. Then the force applied on the indenter becomes negative, and the absolute value of the force first increases and then decreases. From the graph, it can be seen that the specimen is in the stage of elastic deformation during loading process, and the load increases in proportion to the displacement. When the displacement of the indenter is 1 nm, the load on the indenter is fluctuated dramatically, as indicated by the arrow on the left side of Fig. 11. This is because that the indenter is pressed down to the SFT1 shown in Fig. 7, which results in the greater impediment to the indenter. When the indenter displacement is in the range of 2 to 3 nm, the fluctuation amplitude of the load increases. This is because the indenter is pressed down to the SSD layer, and the impediment of the indenter to the subsurface defect in the specimen is more significant, so the fluctuation amplitude of the load increases significantly.

Load-displacement curve of nano-indentation on the machining-induced specimen (color online). The maximum indentation depth of the black curve and the red curve respectively is 3 nm and 2 nm

According to Oliver-Pharr Method [31], nano-indentation hardness can be defined as indentation load divided by the contact area between indenter and specimen, which is calculated by Eq. 7.

In which, F _maks is the peak value of the load. A _c is projected contact area for indenter and specimen, which can be obtained by

dimana r is contact radius for indenter. Because the indenter is hemispherical in shape, r is approximately equal to indentation depth.

The elastic deformation of single crystal copper material is caused by the load exerted from indenter. Based on the previous load-displacement curve, Young’s modulus (E ) of single crystal copper can be calculated by Eq. 9.

dimana F is applied load, S is contact area, r is projection radius of indenter, DL is material deformation along loading direction, which is equal to indentation depth, and L is the total length of material along loading direction. In this study, L is equal to 30 nm.

According to the Oliver-Pharr method and load-displacement data, nano-indentation hardness and Young’s elastic modulus of single crystal copper materials with subsurface defects can be calculated based on Eqs. 7, 8, 9. Table 3 shows the applied load acting on the specimens by indenter with different indentation depths.

The nano-indentation hardness of single crystal copper can be calculated by Eqs. 7 and 8 combining the data in Table 3. When the maximum depth is 2 nm, F _maks =190.67 nN and from Fig. 11 r =2.75 nm. The calculated value of nano-indentation hardness H2 is 8.029 GPa. When the maximum depth is 3 nm, F _maks =244.66 nN and r =3 nm. The calculated value of nano-indentation hardness H3 is 8.675 GPa, which is slightly larger than it obtained at indentation depth of 2 nm. It is because the indenter is pressed down to the subsurface defects area at indentation depth of 3 nm, and the deformation resistance of the subsurface defects increases. Therefore, the hardness of the single crystal copper increased. It can be concluded from the result that the subsurface defects make the machined surface much harder, which is work-hardening phenomenon.

The Young’s modulus E of single crystal copper can be calculated by Eq. 9 combining the data in the Table 3. The calculation results are shown in Table 4. It can be noted that the Young’s modulus becomes distinctly higher when the indentation depth is smaller than 1.5 nm. In the initial stage of nano-indentation, the indenter does not contact the defects residual area in subsurface. However, the work-hardening effect makes the specimen material not easily be occurred elastic deformation; therefore, the Young’s modulus of single crystal copper is larger in the initial stage of indentation. The value of Young’s modulus is 119.4 GPa when indentation depth is 2 nm, which is almost the same with Zhang’s research (120.4 GPa) [14]. With the increase of indentation depth, the Young’s elastic modulus of single crystal copper specimens decreases gradually, and the ability of materials to resist elastic deformation is weakened. It is due to the permanent elastic deformation is derived from the dislocation motion and its interaction with subsurface defects. It has been revealed that the nano-cutting-induced subsurface defects will affect the physical and mechanical properties of single crystal copper materials, which is also applicable to other FCC materials. The existence of subsurface defects will enhance the hardness of machined surface and weaken the ability of material to resist elastic deformation, in which the mutual evolution between dislocations and subsurface defects plays an important role. Therefore, it is very important to predict the thickness of subsurface deformation layer and study the surface properties for nano-fabrication.