金属塑性变形机理按物理实质可以分为三类，分别为剪切塑性变形机理、扩散塑性变形机理以及晶间塑性变形机理。金属塑性变形过程中各种机理的具体作用受很多因素影响，如化学成分、晶体结构、相组成、晶粒形态、晶粒尺寸等金属特性及变形温度、应变速率、应变等变形条件。在一定的变形条件下，特定金属的塑性变形通常由两种及多种机理共同起作用。

金属塑性变形包括晶内变形和晶间变形。剪切塑性变形机理是晶内变形的主要方式，包括滑移和孪生。其中滑移是主要的，孪生仅起调节作用。在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动的现象称为滑移（图1）。滑移的晶面和晶向分别称为滑移面和滑移方向。晶体的一个滑移面和该滑移面上的一个滑移方向组成一个滑移系。晶体的滑移系越多，意味着其塑性越好。在滑移系数量相同时，滑移方向对滑移所起的作用大于滑移面。三种典型晶体结构金属由其常见滑移系（见表）可知，面心立方结构金属的塑性最好，体心立方结构金属的塑性次之，密排六方结构金属的塑性最差。滑移实际是位错在切应力作用下沿滑移面进行运动，当位错运动到晶体表面时，引起滑移变形。通过滑移，晶内的原子逐步从一个稳定位置移动到另一个稳定位置，因而在宏观上晶体产生了塑性变形。

图1 滑移示意图

孪生是晶体的一部分沿一定晶面和晶向发生切变，会使晶体取向发生改变。产生孪生的晶面和晶向分别称为孪生面和孪生方向（图2），发生切变、取向改变的晶体称为孪晶。孪生和滑移不同，滑移时变形局限于特定的滑移面上，滑移总量是原子间距的整数倍，滑移前后晶体的取向不变；孪生时各层原子平行于孪生面运动，相邻原子间的相对位移只有一个原子间距的几分之一，但许多晶面累积的位移可形成数倍于原子间距的变形，因而孪生又被称为均匀切变。孪生所需的临界切应力比滑移大，即金属变形时首先发生滑移，当切应力增大到一定值时才会发生孪生。但密排六方结构的金属，如镁、钛、锌等，由于滑移系少，塑性变形时常以孪生方式进行。体心立方结构的金属在变形温度较低及应变速率较大时发生的塑性变形会以孪生方式进行。面心立方结构的金属一般在变形温度极低时才会发生孪生变形。

图2 面心立方结构晶体孪生变形示意图

当金属在变形温度大于0.5Tm（Tm为金属的熔点）时发生塑性变形，扩散塑性变形机理起着重要作用。一方面，它对剪切塑性变形有很大影响，如扩散速度制约了位错滑移和攀移速度；另一方面，它可以独立地使金属发生塑性变形。在低应力和高温下会产生应力诱导的原子定向扩散过程，称为定向空位流机理。如当金属受拉变形时，应力诱导使受拉部位的晶界产生空位的能量提高，造成空位从受拉晶界向受压晶界迁移。空位流实际就是原子流，其与原子流的方向相反，从而导致晶粒在受拉方向上伸长，在受压方向上缩短。这种晶内扩散的定向空位流机理在低应力和高温下的蠕变过程中常起着控制蠕变速率的作用。

晶间塑性变形机理主要包括晶界滑移和晶粒转动。多晶体受力变形时，沿晶界处可能产生切应力，当此切应力足以克服晶粒间相对滑移的阻力时，便发生晶界滑移（图3）。此外，由于晶粒取向不同，不同晶粒的变形难易程度不同。这样，在相邻晶粒间必然引起力的相互作用，从而可能产生一对力偶，造成晶粒转动。一般来说，晶界为非平坦界面，两个相邻晶粒产生相对切变时，需要伴随着其他机理来协调。因而，晶界滑移和晶粒转动是综合的塑性变形机理，它与剪切塑性变形机理和扩散塑性变形机理相互协调。

图3 晶界滑移和晶粒转动示意图