本文选择Zr50.7Cu28Ni9Al12.3块体非晶合金作为研究对象,结合非晶合金在实际成形和应用方面面临的实际应力条件问题,分别进行气体自由胀形和单边缺口梁法三点弯曲试验,系统研究了Zr基非晶合金在高温和室温下处于复杂应力和应变状态时的变形过程。通过控制变形温度、气体压力和加压时间三个参数研究了不同因素对非晶合金气体自由胀形过程的影响。借助金相显微镜(OM)对非晶合金胀形高度和厚向应变进行研究。结果表明,随着变形温度和气体压力的增加,非晶合金的变形能力增强,胀形高度和厚向应变增加,但是由于材料的流变导致其厚度不均匀程度加剧。在压力为2 MPa时非晶合金胀形件容易发生破裂失效。借助差示扫描量热仪(DSC)和透射电子显微镜(TEM)研究了非晶合金胀形过程中的结构演变规律。研究发现,随着变形温度的升高和加压时间延长,非晶合金的晶化程度加剧,同时在非晶合金胀形件的不同部位也出现明显的晶化程度的差异,这是由于应变诱发晶化导致的,非晶合金胀形件越接近其胀形最高点,所受到的应变越大,晶化程度亦相应增加。借助TEM观察了非晶合金胀形件的微观结构,结果表明,在变形温度较低时,晶化相以块状存在,随着变形温度的升高晶化相尺寸逐渐增加。当温度继续升高到一定程度时从非晶基体中析出针状晶化相,这将导致非晶合金的强度和塑性等力学性能的显著下降。借助数字图像相关方法(DIC)研究了单边开不同宽度U型缺口的非晶合金弯曲试样在三点弯曲过程中缺口附近的应变场的变化规律。弯曲试验的载荷-位移曲线表明,在三点弯曲过程中,Zr基非晶合金并没有出现明显的屈服现象,随着缺口尺寸减小,非晶合金三点弯曲的最大载荷和最大弯曲位移逐渐减小,这是由于应变集中程度增加导致韧性下降。利用DIC得到的缺口附近的应变场分布结果表明,缺口附近区域的线应变和切应变均出现应变集中现象,且应变值随着时间的增加呈现逐渐增加的趋势。随着缺口尺寸减小,应变集中现象更加明显,但缺口宽度的减小会造成缺口附近区域最大应变值的减小。利用扫描电子显微镜(SEM)观察了缺口附近区域和断口两侧的剪切带分布特征。剪切带增殖和扩展是局部切应变超出弹性应变极限造成的,研究发现,随着缺口尺寸减小,缺口附近区域剪切带尺寸和数量减小。借助SEM对非晶合金弯曲试样断口进行观察,分析发现,弯曲试样断口存在裂纹扩展区和快速断裂区两个截然不同的区域。随着缺口尺寸减小,应变集中程度增加,非晶合金弯曲试样的韧性下降,因此裂纹扩展区的宽度和快速断裂区的韧窝状微观结构的尺寸均呈逐渐下降的趋势。