非晶合金作为一种亚稳态新型材料,其微观原子结构表现出长程无序、短程有序的特征,原子排列处于较高能态。非晶合金原子结构的无序性和不均匀性导致其变形行为无论在时间上还是空间上都变得极其复杂。这种复杂性表现在当有外界能量供给时（即应变能或热能）,非晶合金的结构表现出不稳定性,这种不稳定性限制了非晶合金在工程材料上的应用。本文将从非晶合金在变形过程和加热过程中的机械行为为切入点,运用先进的实验手段和科学的分析方法,从非晶合金的断裂失效、变形行为以及改变结构调制变形行为进行研究,旨在对非晶合金在力场和温度场下的变形行为的研究提供理论依据。主要研究内容包括:非晶合金在拉伸变形过程中,剪切带产生的难以预测以及快速扩展而导致的灾难性失效很难进行观察。因此,利用原位高能同步X射线衍射技术,对Zr_52.5Cu_17.9Ni_14.6Al₁₀Ti₅非晶合金拉伸变形过程中裂纹前端的应变场进行分析。根据应变场的特征,结合原位扫描电镜下的拉伸实验,分析了在拉伸加载方向、垂直于拉伸方向以及平面剪应变方向对裂纹形成及扩展过程的作用。根据等效应变,对实验过程中观察到的应变场和样品断裂形貌的振荡现象作出了解释。对断裂后样品的微观形貌,结合纳米压痕技术和分形理论进行了分析。为了研究间歇性剪切过程中非晶相的结构变化,本论文系统分析了Cu₅₀Zr₅₀非晶合金在压缩变形中原子结构变化。在非晶合金进行弹性变形和塑性变形过程中,原子排列的有序度会发生改变。利用原位高能同步X射线衍射技术,对微米尺寸的非晶合金压缩变形过程中的应变分量进行研究。原子应变的计算来源于微观结构中原子平均间距的变化。在压缩变形的载荷-时间曲线上观察到了锯齿流变现象,研究了小尺寸的非晶合金在压缩过程中锯齿流变时原子结构的有序度的变化。温度是影响亚稳态非晶合金的重要因素。研究了Zr_64.13Cu_15.75Ni_10.12Al₁₀非晶合金在加热过程中微观结构随着温度升高而发生的变化。利用高能同步X射线衍射技术对加热过程中较低温度区间、过冷液相区以及玻璃转化后原子结构的变化情况进行了观察。并根据非晶合金原子结构的密度不均匀性,从密度调制的角度分析了非晶合金加热条件下晶化形核规律。结合在加热过程中的力学性能测试将非晶合金的宏观力学性能与微观结构联系起来,从非晶合金中流变单元的形成与变化的角度来解释非晶合金在加热过程中的性能和结构的变化。并通过自由体积模型,计算了在不同温度下的自由体积比例,发现对于同一非晶合金,随着温度的升高,非晶合金中自由体积的浓度逐渐减小。利用衰减指数相关的幂率函数将原子的微观结构和宏观力学性能联系起来,发现当非晶合金具有高的屈服强度时,需要更大的激活能才能激活合金中的协同变形区。对非晶合金在不同温度下断裂后的形貌观察发现随着温度的变化,断口脉络状形貌逐渐出现了大面积的熔融状粘滞层,断裂角也在某一温度开始变大。利用Mohr-Coulomb断裂准则,探讨了非晶合金在不同温度下的断裂行为。针对非晶合金变形过程中的剪切行为,引入纳米晶第二相改变Cu₅₀Zr₄₅Ti₅非晶合金的结构,对非晶合金的剪切崩塌行为进行调控。研究发现无尺度的间歇性流变广泛适用于非晶合金和纳米晶/非晶复合材料。尽管小尺寸或者较小体积分数的纳米晶对于非晶合金的变形机制没有明显的影响,但是却能通过延缓大尺寸的剪切崩塌行为提高非晶合金的延展性。并且不同尺寸的纳米晶嵌入会对非晶合金的锯齿流变系统的混沌行为/自组织临界行为进行调制。当纳米晶的尺寸和体积分数较小时,平均场理论可以用来描述它的剪切行为。但是对于大尺寸的纳米晶增强的非晶合金,会出现孪晶和剪切带相互作用,平均场理论就不再适用。大的剪切崩塌行为决定于纳米晶的几何分布。临界剪切崩塌的值与相邻纳米晶之间的距离成比例。非晶复合材料的塑性反映出了纳米晶调制的临界性,这与复合材料中对位错行为的滑移统计规律定量分析相吻合。