非晶合金,又称金属玻璃,由于非晶合金表现出独特的性能,被认为是一种极具潜力的优质结构材料。然而,非晶合金的本征脆性极大地限制了其作为结构材料的广泛应用。因此,系统研究非晶合金的变形与断裂行为,探索非晶合金的微观变形机制,从而为韧性非晶合金的设计提供新的思路。本文从非晶合金剪切变形过程中的自由体积变化为切入点,采用实验与数值模拟相结合的方法,研究非晶合金在多向应力状态下自由体积演化对变形及断裂行为的影响,主要研究内容包括:（1）在单向压缩状态下,随着Zr Ti Be Cu系列非晶合金玻璃形成能力的增加,塑性应变由1.4%增加到4.3%,非晶合金的塑性（εp）与玻璃形成能力（）的关系为εp=873-4109+4845~2。提出了非晶合金的总自由体积由“本征”自由体积（V0）和“富余”自由体积（VG）两部分组成。通过“富余”自由体积模型可以知道,由于高玻璃形成能力的非晶合金具有更多“冻结”的“富余”自由体积,从而具有较大含量的总自由体积,显著强化了非晶合金塑性变形能力。锯齿流变行为表明高玻璃形成能力的非晶合金具有较大的弹性能,弹性能的释放促使剪切带内温度升高超过熔点,从而导致剪切带内局部区域软化。由于自由体积和绝热剪切的共同作用,显著降低了非晶合金剪切带内的粘度,促使剪切带扩展并发生强烈的相互作用,显著提高非晶合金的塑性变形能力。（2）在多向应力状态下,厚度为50～700μm的Zr基非晶合金薄片呈现出变形行为的尺寸依赖性。随着非晶合金厚度的减小,变形因子（α=τ?σ）由0.5逐渐增大至1,其变形方式由脆性逐渐向韧性状态转变,变形因子与非晶合金厚度（T）呈负相关:α=1-7.8T。厚度较小的非晶片展示出更大的塑性,非晶合金厚度与挠度（D）的关系为D=909-0.84T。在非晶合金厚度为200～500μm时,其变形方式分别出现了显著的转变,即两个临界变形因子αc1和αc2分别诱导了周向剪切带和径向剪切带的形成。具体地,当α≤αc2时,非晶片表面仅出现少量微裂纹。当αc1≥α≥αc2时,多条径向剪切带被激活并均匀分布在非晶片表面。然而,当α≥αc1时,在较大的切应力作用下非晶片表面产生多个周向剪切带,并出现大量径向和周向剪切带,多条径向和周向剪切带的形成和相互作用显著提高了非晶合金的韧性。（3）在退火状态下,非晶合金（Tg以下、Tg～Tx之间和Tx以上）表现出由韧性到脆性的转变。在多向应力状态下,非晶合金的挠度（D）与退火温度（TA）呈负相关:D=616-0.74TA。同时,在非晶合金表面可以依次观察到:（ⅰ）周向剪切带+径向剪切带（Tg以下）;（ⅱ）径向剪切带（Tg～Tx之间）;（ⅲ）径向裂纹（Tx以上）。同时,在单向压缩模式下,非晶合金的塑性应变（εp）与退火温度也呈负相关:εp=4.9-0.008TA,这与多向应力状态下的变形行为是一致的。由于退火过程中结构弛豫导致“富余”自由体积湮灭,自由体积（Δvf）与退火温度（TA）的关系为:Δνf=9-0.02TA,退火温度越高,自由体积含量越小,从而导致非晶合金呈现出典型的韧脆转变现象。（4）在多向应力状态下,ZrxTi65-xBe27.5Cu7.5非晶合金在x=20～50 at%成分范围内表现出韧脆转变行为对玻璃形成能力的依赖性。当Zr元素成分为30～45 at%时,非晶合金的塑性较大,这是由于其较高的玻璃形成能力能够诱导较大含量的“富余”自由体积的形成,自由体积（Δvf）与玻璃形成能力（）的关系为:Δf=562-2681+3223~2。随着玻璃形成能力的提高,非晶合金的挠度不断变大,玻璃形成能力（）与挠度（D）的关系为:D=145433-705187+4845~2。由于Zr和Ti的原子尺寸相差不大,所研究的非晶合金的“本征”自由体积基本相同,而高玻璃形成能力的非晶合金具有较大含量的“富余”自由体积,从而有利于多条剪切带的形成和扩展,显著提高了非晶合金的塑性变形能力。