关于这个问题本人自觉可以答，不妖自来，知乎处女作。不会抖机灵，描述不专业求轻拍><
这个问题上面许多人提到， 该效应在纳米范围是不成立的，因为纳米级材料与传统材料所用模型不同。 对于材料问题，大都是提出一个合理的模型，利用模型解释问题现象，模型不同就无法进行相互比较。对于传统金属材料来说，它是由一个个小晶粒构成的：
上图分别是三维与二维的晶粒示意图。细晶的意思就是这些晶粒较小而且形状大小均匀。
而在晶粒中不可避免的会出现一些缺陷。这些缺陷包括细小的肉眼看不见的裂纹以及位错等等（由于这两者与本问题相关度最高所以提他们这两个逗比）。裂纹嘛很好理解，位错的解释就要和大家讲一个故事了：
那是193几年的英国，伦敦牛津大学里面弗兰克尔老师正在安利他关于材料变形的模型，他说材料中的原子面啊，那是一起移动的，大家双手合十（两排原子面），两手这么一搓（两排原子面的原子之间所有的键一起断开），原子面相互移动了吧，材料就变形了。这时，我的大逗比同桌泰勒小子站了出来：老师你口胡！
那你小子说说是怎么回事。泰勒：老师，地毯铺在地上，硬拖是拖不动的，但如果我在地毯中间穿一根竹竿，把地毯弄出一个拱，把这个拱一点点挪，把拱从一边挪到另一边，不就相当于地毯挪动了吗。
这就是著名的地毯模型，材料中的这个拱就是位错，即上下两层原子的错位
其中每一个格代表一个原子。
接下来说正事。 当材料受力达到一定程度以后，材料中的位错就会发生运动，产生位错的位错源会开动产生位错，相应的材料就会发生塑性变形 ，这种现象称为屈服，即材料服软了。当力达到一定程度，材料中就会产生微裂纹或者本有的微裂纹会扩展，即裂纹生长变得更长更大，如果裂纹过大的话材料就会发生断裂。
所谓塑性指的就是材料塑性变形的能力，简单直白理解就是材料在断裂之前所发生塑性变形的多少，所以如果材料中微裂纹扩展的过快，材料的断裂的就越快，塑性也就越差。强度指的是材料抵抗变形的能力，强度高的材料不容易变形，（加了很大的力材料就弯了一点儿）。 一般在工业上，强度越高塑性越差，但强度与塑性实质上并没有什么一一对应的关系。
接下来讲为什么细晶会造成强度与塑性的共同提高，终于到正题了，累死我啦~~。
晶粒中的位错会在晶界处发生堆积，同时堆积的位错会对应力进行放大，堆积的越多，放大倍数越大：
晶粒越大，可以塞集的位错就越多，造成很小的应力在晶界处就容易放的很大， 晶界处的应力促使下一个晶粒中的位错源开动产生位错引发变形的传递 （位错源开动位错所需要的力要比位错运动所需要的力要大）。而晶粒越小，塞集位错越少，应力的放大倍数就越小，使下一个晶粒的位错源开动就需要加更大的力（比如下一个晶粒位错开动需要的力是10，大晶粒造成的位错堆积对应力的放大倍数是10，那么你所需要加的应力就是1，小晶粒的放大倍数是5，那么你所需要加的应力就增加到2了）。 综上，细化晶粒使得材料变形更难，强度增加。
细化晶粒对塑性造成影响的原因是多方面的。 1)细化晶粒后，晶界面积增加，晶界上偏析产生的夹杂物相对减少，界面结合力提高，塑性增加。2）界面阻碍了微裂纹的运动。 上面提到，微裂纹扩展越快，材料越容易断裂，塑性也就越差，而晶界对于裂纹来说就相当于一堵墙，裂纹想要穿过它很费力，现在墙多了，裂纹扩展的自然就慢，材料也就不容易断裂了。3 ）由于材料晶粒细而均匀，所以材料中的塑性变形均匀 （想象一下，材料中的晶粒有大有下，自然是大晶粒所产生的塑性变形较大）， 减小了变形的大程度集中引起形成微裂纹，促使材料在断裂前承受更多的整体塑性变形（ 即阻碍了微裂纹的形成 ）。
以上就是对这个问题的解释啦。 其实材料的强度与塑性与很多问题有关，本处排除其他影响，只讨论了晶粒大小影响。
人家第一次，可能逻辑不太清晰。这题专业性有些强，估计也没什么人关注点赞了，伤心。。
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虽然没人看，但我还是更新下吧。最近看见一篇报道，关于纳米范围内细晶强化失效的：
近日，前沿院王昭老师课题组近日发表在纳米材料领域权威期刊【纳米快报】（NanoLetters，影响因子13.592）上的一篇论文尝试给出答案：当材料尺寸下降到10纳米以下，会因为表面能的变化而发生原子扩散的快速加剧，而正是这种微扩散使得材料的力学性能发生巨变，甚至打破了多年来确信不疑的Hall–Petch关系。这些结果使得解释纳米材料的「越小越弱」现象成为可能。文中利用Zener-Hollomon分析，深入探讨了微观接触的强度S、尺度L、温度T和应变速率R四者之间的关系并给出新模型，为随后的实验研究奠定一定的物理基础。有兴趣深入了解的可以下载看看。
