晶粒尺寸強化（grain-size strengthening）

一塊金屬並不是單一晶體，而是由許多微小晶體（稱為晶粒）拼成的鑲嵌，每個晶粒的原子排列方向都略有不同。兩個晶粒相接的地方就是晶界，一道錯位的接縫，就像以不同角度鋪設的磁磚相互抵接。晶粒尺寸強化這個簡單而有力的想法，就是這些接縫會妨礙滑移，因此由許多小晶粒構成的金屬，比同樣金屬做成少數大晶粒時更強。

晶界為何能擋住滑移，道理如下。一條差排在某個晶粒中滑行、來到晶界便停住：另一側的滑移面指向不同方向，它無法就這樣繼續前進。差排像柵欄前的車陣般在這道牆前堆積，它們擁擠所產生的應力必須累積到夠大，才能迫使滑移在鄰晶中重新啟動。晶粒愈小，代表單位體積的晶界愈多、牆愈多、堆積愈短，因此要讓滑移持續蔓延所需的應力愈高，強度就愈高。

晶粒尺寸強化之所以珍貴，是因為它幾乎獨一無二地同時提高強度與韌性（更細的晶粒也會鈍化裂縫），而且不需額外的材料成本。它由製程控制：快速冷卻、熱輥軋、或釘住晶界的微合金添加，都能讓晶粒維持細小。隱憂出現在高溫，在室溫下擋住滑移的晶界，一到高溫就變成潛變時容易滑動的軟弱路徑，這就是渦輪葉片刻意做成粗晶粒、甚至單晶的原因。