铝合金及镍基高温合金因其优异的力学性能被广泛使用在汽车与航空航天领域。然而，在正常服役环境内常常出现非均匀塑性变形，即塑性失稳现象。它包含Lüders效应与Portevin-Le Chatelier(PLC)效应。合金中的PLC效应通常表现为加载曲线上的反复锯齿，而Lüders效应表现为上下屈服点跳跃及光滑的理想塑性屈服平台;两者均出现空间上的非均匀塑性变形带。塑性失稳现象中高应变梯度行为的局域带会显著地影响合金表面粗糙度，削弱材料的力学性能及降低材料的加工性能。PLC效应最为广泛接受的物理机制为动态应变时效(Dynamic strain ageing，DSA)，即合金中扩散的溶质原子与可动位错间的动态交互作用，而Lüders效应的微观机制尚存争议，即应变时效或位错增殖。因此，塑性失稳现象是横跨涉及溶质原子扩散与位错运动的微观尺度及蕴含高应变梯度的非均匀塑性变形的宏观尺度的力学与金属学综合性交叉的科研难题。　　本文首先利用数字图像相关法对合金中Lüders与PLC效应的时空特征进行观察研究。实验发现PLC带宽与试件厚度相关，而与锯齿跌幅及加载速率无关，而PLC倾角不随任何实验条件变化而变化。实验证实PLC效应伴随出现着带外收缩现象，且该现象随着重加载过程的进行而逐渐消失。首次实验发现了毫米级别尺寸的Lüders应变的厚度依赖性，证实了Lüders应变与Lüders带速之间的变形协调方程。　　其次，将加载曲线上单独的锯齿与相应的PLC带相对应起来，建立了锯齿跌落幅值与带内变形间的线性关系;实验发现该线性关系与加载应变速率及试件溶质原子浓度相关。基于PLC效应中锯齿跌落幅值与带内最大拉伸方向应变间的线性关系，及中断实验中锯齿跌幅与夹头处拉伸方向位移间的正比例关系，证实PLC效应实际为由于材料上发生的非均匀塑性变形这一材料响应进而导致出现的加载曲线上的反复锯齿形屈服这一结构响应。　　随后，利用两套垂直的数字图像相关计算系统研究了PLC带的三维形貌及局域处的应力应变状态。实验发现试件厚度平面内局域带内应变沿厚度方向分布均匀，且厚度方向局域化现象相较于宽度方向更剧烈;实验发现试件宽度平面内PLC带区域变形模式为简单剪切，而厚度平面内为双轴不等的拉压应力状态;此外，实验还观测到PLC效应导致的两种试件破坏形式:剪切导致张开型破坏和纯剪型破坏。　　然后，通过Lüders锯齿的应变速率敏感性实验、Lüders锯齿的溶质原子浓度敏感性实验、等间隔DIC计算的表征实验及中断实验的DIC对比，首次揭示了5456铝合金Lüders变形阶段出现的反复锯齿屈服现象为动态应变时效作用导致的PLC效应;提出了将典型的Lüders效应划归为A类PLC效应设想，其判别标准为:是否具有(i)重复性;(ii)带外收缩现象;而含锯齿的Lüders效应更多表现出B类PLC效应特性，但不具备空间上的跳跃性。　　最后，设计冶炼了四种析出相含量不同但基体内溶质原子浓度相近的镍钴基高温合金，随后通过不同加载应变速率及实验温度的单轴拉伸实验，得到了相应的加载曲线、分析了析出相含量对锯齿分布特性的影响;进一步地，分析了合金的临界应变行为及局域带的时空变形信息，再根据不同析出相含量合金的断后位错的微观形貌，提出了析出相对PLC效应影响的几个作用方式。合金中大幅值锯齿，特别是反常的C类锯齿，推测可能与合金中Suzuki隔离及不同滑移方向层错间的交互作用相关。基于此，作者认为镍钴基高温合金中锯齿流变源于动态应变时效作用，而析出相仅仅是起到促进催化作用。