Cu46Zr46Al8非晶合金的弯曲性能研究
Cu46Zr46Al8非晶合金的弯曲性能研究
本文采用铜模铸造法制备了Cu46Zr46Al8非晶板材，利用X射线衍射（XRD）,高倍透射电子显微镜（HRTEM）、差分热分析仪（DSC）、扫描电子显微镜（SEM）以及三点弯曲等分析测试方法，对非晶合金的组织结构和力学性能进行了研究。结果表明,非晶合金的冷却速度越大，非晶组织越完全，同时晶体中的自由体积也就越多，在弯曲变形中体现在挠度越大、剪切带间距越小、平滑区越宽；包含更大量自由体积的区域具有较低的强度，在外加应力的作用下，该区域的剪切带更容易形核，从而促进更多的剪切带产生。
关键词 非晶合金，弯曲性能，自由体积，剪切带
1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 非晶态材料概述 1
1.3 非晶合金的性能 4
1.4 非晶态合金的弯曲性能研究进展 5
1.5 选题意义及主要研究内容 7
2 实验材料及实验方法 7
2.1 实验材料的选择 7
2.2 试样的加工及制备 7
2.3 测量方法 8
3 实验结果及分析 9
3.1 铸造试样的结构表征 9
3.2 Cu46Zr46Al8非晶合金试样的弯曲变形 12
3.3 讨论 15
结 论 17
致 谢 18
参 考 文 献 19
1 绪论
1.1 引言
材料是人类文明的物质基础。人类文明的进步与材料的研究、开发和发展紧密相关，根据材料应用的革新可以将人类历史划分为石器时代、青铜时代、铁器时代、信息时代，可见材料对人类社会发展和进步起着至关重要的作用。材料科学发展的好坏可以直接决定科学技术将来发展的深度和广度。
材料大体分为晶体和非晶体，晶体和非晶体之间的最大差别就在于非晶材料的原子排列失去周期规则性，晶体不存在长程有序，只在大约几纳米范围内保持着组态和组分的某些有序的特征，即所谓的短程有序。传统意义上，人们以晶体研究为主，并取得了丰硕的成果，而近30年来，人们对非晶合金的研究也越来越深入，不断加深对了对非晶合金的认识。
由于非晶合金具有完全不同于晶体合金的原子排列，不具有晶体所具有的位错、孪晶、晶界等缺陷，这使得非晶态合金比对应晶态合金具有更优良的力学性能、化学性能、物理性能，如强度、耐蚀性、良好的磁性能等。随着对非晶态合金的不断深入研究，其很多优异性能受到越开越多的关注，被相继应用到了生产生活中。非晶合金的研究还尚未达到成熟，很多理论还没有统一的说法，因此以下对非晶合金的研究发展情况做了大概的介绍。
1.2 非晶态材料概述
1.2.1 非晶合金的发展历史
德国人Kramer[1]于1934年利用蒸发沉积法制备出非晶薄膜，这是最早成功制备非晶态合金的报道。Brenner等人[2]稍后不久采用电沉积法制备了具有高硬度以及耐磨和耐蚀性能的Ni-P和Co-P非晶薄膜涂层。美国物理学家Turnbull[3]于1951年在水银过冷实验的基础上，提出了液态金属只要在足够快的冷却速率下都可以过冷到远离平衡熔点温度以下而不发生形核与长大的理论。稍后，Cohen和Tumbull[4]又进一步共同合作并利用自由体积模型探讨了大的过冷度对玻璃形成能力(glass forming ability, 简称GFA)的影响，并提出假如过冷度足够大，所有的液体都可以通过玻璃化转变得到非晶态固体。加州理工学院Duwez及其同事[5]在1960年用单辊法在Au-Si合金系中通过快速冷却法抑制晶体形核和长大，成功制备出了厚度在20μm的Au70Si30非晶合金薄膜。1974年，Chen[6]通过简单的吸铸法制备出毫米量级的Pd-Cu-Si非晶合金棒材，这是大块非晶合金(Bulk Metallic Glass)研究的重大突破和新的开端。到八十年代后期，日本东北大学的井上明久教授(A Inoue)及其合作者在研究稀土元素对于Al、Fe合金影响作用的时候，发现当快速冷却这些合金时La-Al-Ni[7,8]和La-Al-Cu[9]合金具有出乎意料的GFA，并通过铜模铸造法成功获得了直径达5mm的大块非晶合金。1993年，加州理工的Johnson研究小组[10]发现了迄今为止GFA最好的Zr-Ti-Cu-Ni-Be合金体系。Inoue小组[11]在1997年又再次研究了Pd40Ni40P20合金，用Cu取代30%的Ni，使该合金的临界尺寸激增至72mm，其形成块体非晶合金的最低冷却速率仅为0.1K/s。目前，通过铜模铸造水冷方法制备的块状非晶态合金已超过了1000种，成分涉及Pd、Pt、Mg、Zr、Cu、Ti基等众多体系。随着大块非晶合金研究工作的深入，一系列具有较大GFA的新型多组元大块非晶合金得以开发，制备的非晶合金试样最大直径(厚度)也从几毫米增加到100多毫米。
1.2.2 非晶合金的形成机理
由于非晶态合金的亚热力学稳态，使其自由能比相应的晶态合金要高，因此在一定条件下非晶态合金可能会向晶态合金转变。鉴于此，非晶合金的形成机理就包括非晶形成的难易问题和稳定性问题，即非晶的热力学问题和动力学问题。
非晶态的形成倾向通常用非晶态转变的过冷度来描述。其比晶体转变所需的过冷度要大。当温度从处往下降时，结晶速率将迅速增加，结晶速率的一个最大值存在于和之间。实验表明，过冷度降低，非晶态出现概率增加。因此，可以通过提高非晶态转变温度或降低熔点温度来促进非晶合金的形成。以下从非晶态合金的热力学、动力学和结构化学理论三方面研究其形成机理。
1) 非晶合金形成的热力学
Turnbull[12]根据经典形核理论提出了评价非晶成形能力GFA的方法，他采用玻璃转变温度与合金熔化温度的比值值来评价合金的非晶形成能。合金组成的值越大，即和之间的潜在危险区越小，则合金越容易形成非晶态。非晶合金形成的难易主要取决于形成能的大小。要想提高非晶形成能力就要抑制晶态的出现，即减小结晶驱动力。处于热力学亚稳平衡态的非晶态合金，其驱动力符合吉布斯自由能公式：
式中：为吉布斯自由能差，为熔化焓，为熔化熵。驱动力（ 即吉布斯自由能差） 越大，熔体越容易结晶，因此，可以通过提高、降低来获得较低的，用来表示系统的紊乱程度，组元数越多，系统越紊乱，故多组元合金系可获得高的熵变。因此，非晶形成能力较大的的合金一般都具有3种以上组元。
2) 非晶合金形成的结构学
物质的结构化学特性直接影响到结晶势垒的大小，而形成非晶态固体要求晶核生成的热力学势垒及结晶的动力学势垒都要大。因此，有必要分析结构化学特性对非晶态形成的影响。
在多组元体系中， 若非晶态合金的组元数多、 原子尺寸差别大、组元间负的混合焓大，则过冷熔体的随机堆垛层错结构会更致密，不仅使得熵变增大，也有利于焓变的降低和固液界面能的增加；同时，原子移动激活能增加，导致原子的移动难度增大，原子重排阻力增大，原子扩散受到抑制，进而阻碍晶体形核，提高非晶形成能力。
3) 非晶合金形成的动力学
从液相冷却凝固时，要获得非晶态，就要使液态合金在温度下不发生或者发生不易察觉的结晶。结晶热力学认为，只有当合金的形核率很小以及生长速率很低时才会形成非晶态合金。因此，从抑制形核和控制晶核长大两方面可以提高非晶态的形成能力。当过冷液相以球形均质形核并长大时， 形核率和长大速率可分别用式(1)和式(2)来表达：
(1)
(2)
(3)
(4)
由式(3)、（4）知，减小和增大会增大和值，而减小式（1）、（2）中的和，抑制形核和结晶，从而提高非晶态形成能力，这与热力学分析一致。从式（1）可以看出，在保证其他条件不变的前提下，合金的粘度与形核率呈反比关系。粘度越大，形核率越小，非晶形成能力也就越大。非晶形成能力与粘度之间有紧密的关联，一般情况下，粘度越大，非晶形成能力越大。
1.2.3 非晶合金的制备方法
当合金组元及其含量配比一定时，制备非晶合金的关键往往就在于合金液的冷却速率、熔体中的预存晶核以及环境因素引起的异质形核。一般，液相急冷法是制备非晶合金的常用方法。首先将金属加热熔化，然后快速冷却，使液态金属中的无序结构保存下来从而形成非晶态合金。
另外，非晶合金的形成还有粉末固结成形法。利用大块非晶合金在过冷温度区间的超塑成形能力，使非晶粉末固结成形。该工艺能够使粉末达到完全弥合，所得到的非晶合金机械性能与通过直接浇注所获得的非晶合金机械性能几乎没有差别。粉末固结固结成形法在一定程度上突破了大块非晶合金在尺寸上的限制，在制备块体非晶合金时只需制备低维的非晶粉末即可。
1.3 非晶合金的性能
1.3.1 非晶合金的力学性能
根据孙军等人[13]对块体非晶合金的力学性能研究，杨氏模量可用来表征材料弹性性质，同晶态合金相比，非晶态合金的杨氏模量值偏低，但其最大弹性应变量却很大，可达2.2%。另外，非晶合金的弹性极限值接近屈服强度，说明非晶合金具有极高的弹性比功，比性能最好的弹簧钢弹性比功高出数倍。
相较于晶态合金的长程有序结构，非晶合金则表现为长程无序、短程有序的原子结构，由于非晶合金不存在晶界和位错等晶态合金常见的缺陷，因此，块体非晶合金远高于其他材料的抗拉强度。另外，非晶态合金的抗拉强度也比对应的晶态合金高很多。由于大块非晶合金中不存在晶体中的滑移，在高温下具有很大的粘滞流动，可发生塑性应变，因此，非晶合金在过冷液相区表现出突出的变形能力。
1.3.2 非晶合金的物理性能
在块体非晶合金的众多特性中，磁性是非晶合金早起研究中最活跃的领域，也是最早得到广泛应用的领域。日本和德国在非晶合金带材应用领域取得了很高的成就，其研究重点主要集中在电力电子元器件方面，例如高级音响磁头、高频电源用变压器、扼流圈等。Fe基或Co基非晶合金不仅电阻率高，而且没有晶界，磁晶各向异性极低，因此就有优异的软磁性能。虽然大量的溶质元素加入会对非晶合金的磁性强度产生一定的影响，但其高的导磁率以及低的矫顽力、磁损和磁滞收缩，尤其是高电阻率带来的频率响应的改善是其他任何金属软磁材料都无法比拟的，甚至超过优越的传统Fe基纳米晶软磁合金材料。
1.3.3 非晶合金的化学性能
由于块体非晶合金微观结构中没有容易引起腐蚀的位置，如晶界、位错等缺陷，也不存在成分偏析和第二相析出等，因此在结构和成分上比晶体材料更加均匀，这使其具备良好的抗蚀能力。同时，由于块体非晶合金本身的活性很高，使得表面层很容易迅速形成均匀致密及覆盖完全的钝化膜，将合金基体与外界环境隔开。因此，块体非晶合金与传统的薄带或丝状非晶合金一样，都具有良好的耐蚀性能。
1.4 非晶态合金的弯曲性能研究进展
在以往的研究非晶合金的变形时，大多是研究非晶合金受拉伸和压缩的变形特征。但实际上，在实际应用中，材料受到的力更加复杂，其中弯曲是材料经常受到的一种变形方式。
1.4.1 非晶合金的变形特点
块体非晶合金随不同的受力方向而表现出不同的塑性，一般来说，非晶合金受压缩时比受拉伸时表现出更好的塑性。非晶合金具有室温脆性，伸长率几乎为零。当非晶合金处在较低温度和较高的应力下时，塑性变形方式通常为局部区域的非均匀剪切流变。非晶合金受单项拉伸时，沿最大剪切应力方向会形成一条单一的剪切带，接着剪切带迅速扩展形成裂纹，并穿透试样，几乎在没发现任何宏观塑性变形的情况下就产生了断裂。当试样受单项压缩时通过多重剪切带的产生而表现出一定的塑性应变，但一般不超过2%。
非晶合金还具有变形时无加工硬化的现象。明显的高度局域化的塑性剪切带的存在，是无加工硬化化现象的一个很好的说明。将非晶合金试样进行压缩以产生变形，然后再将试样进行抛光，清除表面滑移台阶。当再次加载时，原先存在的变形带又显示出来了。同样的现象在弯曲实验中也存在。实际上，它并未显示出屈服现象，当外加载荷近似等于临界断裂应力时，试样迅速断成两段。
1.4.2 非晶合金的剪切断裂面与断裂特征
非晶合金在宏观上显示出各向异性，相较于金属晶体材料，非晶合金不具有特定的滑移带，不能够通过位移在滑移带上的连续滑移和交互作用发生塑性变形。经过很多科学家的研究发现，在拉伸和压缩时非晶合金并不服从经典屈特加准则。
非晶合金在受到拉伸载荷时，其断裂面和拉伸轴之间的夹角一般总大于45°，在
本文采用铜模铸造法制备了Cu46Zr46Al8非晶板材，利用X射线衍射（XRD）,高倍透射电子显微镜（HRTEM）、差分热分析仪（DSC）、扫描电子显微镜（SEM）以及三点弯曲等分析测试方法，对非晶合金的组织结构和力学性能进行了研究。结果表明,非晶合金的冷却速度越大，非晶组织越完全，同时晶体中的自由体积也就越多，在弯曲变形中体现在挠度越大、剪切带间距越小、平滑区越宽；包含更大量自由体积的区域具有较低的强度，在外加应力的作用下，该区域的剪切带更容易形核，从而促进更多的剪切带产生。
关键词 非晶合金，弯曲性能，自由体积，剪切带
1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 非晶态材料概述 1
1.3 非晶合金的性能 4
1.4 非晶态合金的弯曲性能研究进展 5
1.5 选题意义及主要研究内容 7
2 实验材料及实验方法 7
2.1 实验材料的选择 7
2.2 试样的加工及制备 7
2.3 测量方法 8
3 实验结果及分析 9
3.1 铸造试样的结构表征 9
3.2 Cu46Zr46Al8非晶合金试样的弯曲变形 12
3.3 讨论 15
结 论 17
致 谢 18
参 考 文 献 19
1 绪论
1.1 引言
材料是人类文明的物质基础。人类文明的进步与材料的研究、开发和发展紧密相关，根据材料应用的革新可以将人类历史划分为石器时代、青铜时代、铁器时代、信息时代，可见材料对人类社会发展和进步起着至关重要的作用。材料科学发展的好坏可以直接决定科学技术将来发展的深度和广度。
材料大体分为晶体和非晶体，晶体和非晶体之间的最大差别就在于非晶材料的原子排列失去周期规则性，晶体不存在长程有序，只在大约几纳米范围内保持着组态和组分的某些有序的特征，即所谓的短程有序。传统意义上，人们以晶体研究为主，并取得了丰硕的成果，而近30年来，人们对非晶合金的研究也越来越深入，不断加深对了对非晶合金的认识。
由于非晶合金具有完全不同于晶体合金的原子排列，不具有晶体所具有的位错、孪晶、晶界等缺陷，这使得非晶态合金比对应晶态合金具有更优良的力学性能、化学性能、物理性能，如强度、耐蚀性、良好的磁性能等。随着对非晶态合金的不断深入研究，其很多优异性能受到越开越多的关注，被相继应用到了生产生活中。非晶合金的研究还尚未达到成熟，很多理论还没有统一的说法，因此以下对非晶合金的研究发展情况做了大概的介绍。
1.2 非晶态材料概述
1.2.1 非晶合金的发展历史
德国人Kramer[1]于1934年利用蒸发沉积法制备出非晶薄膜，这是最早成功制备非晶态合金的报道。Brenner等人[2]稍后不久采用电沉积法制备了具有高硬度以及耐磨和耐蚀性能的Ni-P和Co-P非晶薄膜涂层。美国物理学家Turnbull[3]于1951年在水银过冷实验的基础上，提出了液态金属只要在足够快的冷却速率下都可以过冷到远离平衡熔点温度以下而不发生形核与长大的理论。稍后，Cohen和Tumbull[4]又进一步共同合作并利用自由体积模型探讨了大的过冷度对玻璃形成能力(glass forming ability, 简称GFA)的影响，并提出假如过冷度足够大，所有的液体都可以通过玻璃化转变得到非晶态固体。加州理工学院Duwez及其同事[5]在1960年用单辊法在Au-Si合金系中通过快速冷却法抑制晶体形核和长大，成功制备出了厚度在20μm的Au70Si30非晶合金薄膜。1974年，Chen[6]通过简单的吸铸法制备出毫米量级的Pd-Cu-Si非晶合金棒材，这是大块非晶合金(Bulk Metallic Glass)研究的重大突破和新的开端。到八十年代后期，日本东北大学的井上明久教授(A Inoue)及其合作者在研究稀土元素对于Al、Fe合金影响作用的时候，发现当快速冷却这些合金时La-Al-Ni[7,8]和La-Al-Cu[9]合金具有出乎意料的GFA，并通过铜模铸造法成功获得了直径达5mm的大块非晶合金。1993年，加州理工的Johnson研究小组[10]发现了迄今为止GFA最好的Zr-Ti-Cu-Ni-Be合金体系。Inoue小组[11]在1997年又再次研究了Pd40Ni40P20合金，用Cu取代30%的Ni，使该合金的临界尺寸激增至72mm，其形成块体非晶合金的最低冷却速率仅为0.1K/s。目前，通过铜模铸造水冷方法制备的块状非晶态合金已超过了1000种，成分涉及Pd、Pt、Mg、Zr、Cu、Ti基等众多体系。随着大块非晶合金研究工作的深入，一系列具有较大GFA的新型多组元大块非晶合金得以开发，制备的非晶合金试样最大直径(厚度)也从几毫米增加到100多毫米。
1.2.2 非晶合金的形成机理
由于非晶态合金的亚热力学稳态，使其自由能比相应的晶态合金要高，因此在一定条件下非晶态合金可能会向晶态合金转变。鉴于此，非晶合金的形成机理就包括非晶形成的难易问题和稳定性问题，即非晶的热力学问题和动力学问题。
非晶态的形成倾向通常用非晶态转变的过冷度来描述。其比晶体转变所需的过冷度要大。当温度从处往下降时，结晶速率将迅速增加，结晶速率的一个最大值存在于和之间。实验表明，过冷度降低，非晶态出现概率增加。因此，可以通过提高非晶态转变温度或降低熔点温度来促进非晶合金的形成。以下从非晶态合金的热力学、动力学和结构化学理论三方面研究其形成机理。
1) 非晶合金形成的热力学
Turnbull[12]根据经典形核理论提出了评价非晶成形能力GFA的方法，他采用玻璃转变温度与合金熔化温度的比值值来评价合金的非晶形成能。合金组成的值越大，即和之间的潜在危险区越小，则合金越容易形成非晶态。非晶合金形成的难易主要取决于形成能的大小。要想提高非晶形成能力就要抑制晶态的出现，即减小结晶驱动力。处于热力学亚稳平衡态的非晶态合金，其驱动力符合吉布斯自由能公式：
式中：为吉布斯自由能差，为熔化焓，为熔化熵。驱动力（ 即吉布斯自由能差） 越大，熔体越容易结晶，因此，可以通过提高、降低来获得较低的，用来表示系统的紊乱程度，组元数越多，系统越紊乱，故多组元合金系可获得高的熵变。因此，非晶形成能力较大的的合金一般都具有3种以上组元。
2) 非晶合金形成的结构学
物质的结构化学特性直接影响到结晶势垒的大小，而形成非晶态固体要求晶核生成的热力学势垒及结晶的动力学势垒都要大。因此，有必要分析结构化学特性对非晶态形成的影响。
在多组元体系中， 若非晶态合金的组元数多、 原子尺寸差别大、组元间负的混合焓大，则过冷熔体的随机堆垛层错结构会更致密，不仅使得熵变增大，也有利于焓变的降低和固液界面能的增加；同时，原子移动激活能增加，导致原子的移动难度增大，原子重排阻力增大，原子扩散受到抑制，进而阻碍晶体形核，提高非晶形成能力。
3) 非晶合金形成的动力学
从液相冷却凝固时，要获得非晶态，就要使液态合金在温度下不发生或者发生不易察觉的结晶。结晶热力学认为，只有当合金的形核率很小以及生长速率很低时才会形成非晶态合金。因此，从抑制形核和控制晶核长大两方面可以提高非晶态的形成能力。当过冷液相以球形均质形核并长大时， 形核率和长大速率可分别用式(1)和式(2)来表达：
(1)
(2)
(3)
(4)
由式(3)、（4）知，减小和增大会增大和值，而减小式（1）、（2）中的和，抑制形核和结晶，从而提高非晶态形成能力，这与热力学分析一致。从式（1）可以看出，在保证其他条件不变的前提下，合金的粘度与形核率呈反比关系。粘度越大，形核率越小，非晶形成能力也就越大。非晶形成能力与粘度之间有紧密的关联，一般情况下，粘度越大，非晶形成能力越大。
1.2.3 非晶合金的制备方法
当合金组元及其含量配比一定时，制备非晶合金的关键往往就在于合金液的冷却速率、熔体中的预存晶核以及环境因素引起的异质形核。一般，液相急冷法是制备非晶合金的常用方法。首先将金属加热熔化，然后快速冷却，使液态金属中的无序结构保存下来从而形成非晶态合金。
另外，非晶合金的形成还有粉末固结成形法。利用大块非晶合金在过冷温度区间的超塑成形能力，使非晶粉末固结成形。该工艺能够使粉末达到完全弥合，所得到的非晶合金机械性能与通过直接浇注所获得的非晶合金机械性能几乎没有差别。粉末固结固结成形法在一定程度上突破了大块非晶合金在尺寸上的限制，在制备块体非晶合金时只需制备低维的非晶粉末即可。
1.3 非晶合金的性能
1.3.1 非晶合金的力学性能
根据孙军等人[13]对块体非晶合金的力学性能研究，杨氏模量可用来表征材料弹性性质，同晶态合金相比，非晶态合金的杨氏模量值偏低，但其最大弹性应变量却很大，可达2.2%。另外，非晶合金的弹性极限值接近屈服强度，说明非晶合金具有极高的弹性比功，比性能最好的弹簧钢弹性比功高出数倍。
相较于晶态合金的长程有序结构，非晶合金则表现为长程无序、短程有序的原子结构，由于非晶合金不存在晶界和位错等晶态合金常见的缺陷，因此，块体非晶合金远高于其他材料的抗拉强度。另外，非晶态合金的抗拉强度也比对应的晶态合金高很多。由于大块非晶合金中不存在晶体中的滑移，在高温下具有很大的粘滞流动，可发生塑性应变，因此，非晶合金在过冷液相区表现出突出的变形能力。
1.3.2 非晶合金的物理性能
在块体非晶合金的众多特性中，磁性是非晶合金早起研究中最活跃的领域，也是最早得到广泛应用的领域。日本和德国在非晶合金带材应用领域取得了很高的成就，其研究重点主要集中在电力电子元器件方面，例如高级音响磁头、高频电源用变压器、扼流圈等。Fe基或Co基非晶合金不仅电阻率高，而且没有晶界，磁晶各向异性极低，因此就有优异的软磁性能。虽然大量的溶质元素加入会对非晶合金的磁性强度产生一定的影响，但其高的导磁率以及低的矫顽力、磁损和磁滞收缩，尤其是高电阻率带来的频率响应的改善是其他任何金属软磁材料都无法比拟的，甚至超过优越的传统Fe基纳米晶软磁合金材料。
1.3.3 非晶合金的化学性能
由于块体非晶合金微观结构中没有容易引起腐蚀的位置，如晶界、位错等缺陷，也不存在成分偏析和第二相析出等，因此在结构和成分上比晶体材料更加均匀，这使其具备良好的抗蚀能力。同时，由于块体非晶合金本身的活性很高，使得表面层很容易迅速形成均匀致密及覆盖完全的钝化膜，将合金基体与外界环境隔开。因此，块体非晶合金与传统的薄带或丝状非晶合金一样，都具有良好的耐蚀性能。
1.4 非晶态合金的弯曲性能研究进展
在以往的研究非晶合金的变形时，大多是研究非晶合金受拉伸和压缩的变形特征。但实际上，在实际应用中，材料受到的力更加复杂，其中弯曲是材料经常受到的一种变形方式。
1.4.1 非晶合金的变形特点
块体非晶合金随不同的受力方向而表现出不同的塑性，一般来说，非晶合金受压缩时比受拉伸时表现出更好的塑性。非晶合金具有室温脆性，伸长率几乎为零。当非晶合金处在较低温度和较高的应力下时，塑性变形方式通常为局部区域的非均匀剪切流变。非晶合金受单项拉伸时，沿最大剪切应力方向会形成一条单一的剪切带，接着剪切带迅速扩展形成裂纹，并穿透试样，几乎在没发现任何宏观塑性变形的情况下就产生了断裂。当试样受单项压缩时通过多重剪切带的产生而表现出一定的塑性应变，但一般不超过2%。
非晶合金还具有变形时无加工硬化的现象。明显的高度局域化的塑性剪切带的存在，是无加工硬化化现象的一个很好的说明。将非晶合金试样进行压缩以产生变形，然后再将试样进行抛光，清除表面滑移台阶。当再次加载时，原先存在的变形带又显示出来了。同样的现象在弯曲实验中也存在。实际上，它并未显示出屈服现象，当外加载荷近似等于临界断裂应力时，试样迅速断成两段。
1.4.2 非晶合金的剪切断裂面与断裂特征
非晶合金在宏观上显示出各向异性，相较于金属晶体材料，非晶合金不具有特定的滑移带，不能够通过位移在滑移带上的连续滑移和交互作用发生塑性变形。经过很多科学家的研究发现，在拉伸和压缩时非晶合金并不服从经典屈特加准则。
非晶合金在受到拉伸载荷时，其断裂面和拉伸轴之间的夹角一般总大于45°，在
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