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上世纪早期，位错概念的提出使人们对材料塑性变形机理的认识更为深入。此后，人们发现fcc金属的塑性变形机制往往与其内部的位错滑移及孪生行为密不可分。同时，人们对不同加载方式下材料的变形机制认识也逐步加深，当改变外界加载条件时，材料的塑性变形方式往往也会发生改变，如低温、高速变形时由滑移转变为孪生。除了上述外界变形条件影响外，两种机制同样会受到材料本身层错能与晶粒尺寸等多种因素影响。同时，上述两种变形机制中的位错与孪晶之间存在着一定的交互作用，近几年Lu等的工作结果表明这种交互作用可以使金属材料得到较好的强韧化。因而，为了对fcc金属的塑性变形机制及其强韧化机理有更好的理解，本文选用具有不同层错能、不同晶粒尺寸的Cu及Cu-Zn合金进行拉伸、疲劳、严重塑性变形(SPD)及硬度等多种不同类型的塑性变形试验，系统地研究了其微观变形机制、疲劳、断裂与硬度，主要得到如下结果：
1.粗晶体Cu及Cu-Zn合金的疲劳损伤机制研究结果表明：大角晶界仍为低周疲劳开裂的主要位置，同时也发现晶内滑移带开裂。而不同的是具有良好共格的孪晶界面表现出不同的疲劳裂纹萌生阻力，随Cu-Zn合金层错能降低，沿孪晶界面更容易萌生疲劳裂纹。结合大、小角晶界的疲劳开裂行为可知，大、小角晶界及孪晶界面两侧具有不同的晶体结构，可以影响位错的塞积程度，而各种晶界主要受不同位错塞积的影响而表现出不同的疲劳开裂行为。因此，孪晶界的开裂难易程度介于大、小角晶界之间，同时随层错能降低，孪晶界面更易于开裂。此外，在循环变形过程中表现出不同的表面滑移形貌对疲劳过程中的微裂纹聚集机制有一定的影响，低层错能材料中疲劳裂纹更易于沿孪晶界萌生。
2.等通道转角挤压(ECAP)和高压扭转(HPT)两种SPD制备技术中，Cu及Cu-Zn合金表现出不同的塑性变形机制，随层错能降低，塑性变形机制由位错滑移转变为形变孪生为主。这种变形机制的转变，一方面使晶粒细化机制由位错分割机制转变为孪晶破碎机制，从而使得平衡晶粒尺寸随层错能的降低而减小；另一方面在剧烈变形过程中的形变带也由纯铜型转变为黄铜型。在ECAP和HPT制备材料中，发现拉伸性能随层错能的变化表现出不同的变化规律。ECAP技术制备材料的强度和均匀延伸率随层错能降低而同步提高，而HPT技术制备材料的均匀延伸率则随层错能降低先增加后减小。通过分析Cu及Cu-Zn合金在ECAP或HPT过程中损失相同塑性所获得的强度大小发现，具有中等层错能的Cu-10wt.％Zn具有最优化的强度与韧性。
3.随ECAP变形道次的增加，Cu及Cu-Zn合金的拉伸断裂行为均由颈缩转变为颈缩+剪切再转变为纯剪切断裂。结合Zhang等提出的拉伸椭圆断裂准则，提出上述材料的不同断裂行为主要与其临界剪切强度及正断强度的比值变化相关。对于金属材料，存在滑移应力与剪切应力两种应力，它们分别对应于材料的屈服和宏观剪切断裂。因此，在塑性变形与断裂过程中存在屈服与断裂两个临界线，当加载应力达到屈服椭圆时，材料开始塑性变形，最终发生颈缩后局部达到临界断裂线产生宏观剪切断裂。而对于ECAP变形材料，其屈服与断裂两临界椭圆线比较接近，此时材料在发生颈缩前即出现宏观剪切型开裂。此外，随ECAP变形道次增加，拉伸断口韧窝平均尺寸变化不大，但其密度增加明显，因而材料的开裂行为与其韧窝的分布形态密切相关。
4.通过对不同预处理状态的Cu及Cu-Zn合金压痕变形行为分析发现，其强度-硬度关系与压痕变形形貌相关。具有塌陷型形貌的退火态金属在压痕变形时未完全硬化，材料的硬度与抗拉强度之比小于3；而具有挤出形貌的冷变形态金属，硬度与抗拉强度较好地符合三倍关系，但随挤出形貌的变化仍会出现一定的偏离。结合文献中非晶、陶瓷的相关结果发现，强度与硬度关系受到压痕形貌参数β及材料临界剪切强度与屈服强度关系的参数M影响，而两参数均与材料参数α=τ0/σ0相关。因此，随α增加，硬度与抗拉强度之比由小于3增加到3，最终逐渐远大于3。