金属玻璃的力学性能在其工程应用中扮演着决定性角色。然而,由于复杂无序的原子结构,金属玻璃的形变机制及力学行为等一系列问题仍有待于进一步研究。金属玻璃的无序原子结构没有像晶体中位错一样的结构特征,严重阻碍了我们对其形变机理的研究以及力学性能的调控。目前,关于金属玻璃形变机制的研究主要集中于模型化和理论研究,需要进行更多的实验研究来进一步验证和描述形变的微观机理。尽管从结构上直接研究金属玻璃的形变机制和力学行为极其困难,但是材料的各个物理量之间总是存在着关联性,让我们可以从与结构相关的其它物理量间接攻克金属玻璃的结构难题。基于此,本文从结构各向异性,表面性质,断裂行为等三个方面对金属玻璃的形变机制和力学行为进行了研究。各向同性的金属玻璃经过单轴压缩或拉伸蠕变后,其结构会转变为各向异性。作为形变的产物,结构各向异性可作为一种包含着形变信息的形变结构特征。基于此,我们采用蠕变处理在金属玻璃中引入结构各向异性,然后通过高能射线衍射实验对各向异性信号进行了检测和分析。我们发现金属玻璃的形变是通过原子键的破裂和形成,以局域流变单元（尺度～10埃米）镶嵌在弹性基体中运动的模式发生。此外,我们用纳米压痕实验分别在蠕变后金属玻璃的纵截面和横截面上进行了力学性能测试,发现测得的纵向模量比径向模量低～7.3%,这说明金属玻璃结构的各向异性也会导致其宏观力学性能的各向异性。金属玻璃是一种亚稳态材料,其内部能量具有很宽的变化范围。因此,从能量上调控材料性能的方式特别适用于金属玻璃。近年来,研究发现金属玻璃的表面层在能量上处于高能态,在动力学上更快,具有类似液体的性质。金属材料的表面性能对其力学行为往往有着很重要的影响。然而,金属玻璃的这种特殊的表面层的力学性能,及其对金属玻璃宏观力学行为的影响等问题仍有待于研究。基于此,我们通过微尺度扭转实验对金属玻璃表面层的力学性能进行了测试和分析,发现金属玻璃表面层具有明显的软化行为,相比于内部有着更低的剪切模量和屈服强度。相比于块体金属玻璃剪切模量的超声测量值,金属玻璃丝表面层的剪切模量可降低～44%,接近材料在过冷液态下的性能。我们还提出了一种计算金属玻璃表面层层厚的模型和方法,根据扭转实验数据计算出金属玻璃表面层层厚为～400-1000纳米,远大于文献中从动力学上估测的层厚。此外,我们通过Nano-CT实验在金属玻璃丝表面附近观测到了一层厚度～480纳米的低密度层。在扫描电镜下,我们在金属玻璃丝的扭转断裂面上观测到了被剪切应力剥落的厚度～500纳米的表面层。对金属玻璃表面层厚度的实验观测结果和理论计算结果可很好地吻合。通过断面形貌的分析,我们发现金属玻璃的表面软层会影响其力学行为,在小尺寸下尤为明显:随着尺寸减小,表面软化使金属玻璃的扭转断裂模式从脆性向韧性转变,有利于改善其脆性。经过分析后,我们认为金属玻璃的表面性能受热塑变形影响。热塑形变中的三维拉应力有助于金属玻璃达到更高的能量状态,在力学性能上表现出软化行为。目前关于金属玻璃力学行为的研究主要基于单轴拉伸和压缩实验,只包含了在剪切带受正应力约束下的情况。而关于在剪切带不受正应力约束情况下的金属玻璃力学行为的研究却很少。在圆柱单轴扭转的力学模型中,最大剪应力面上没有正应力,因此圆柱的单轴扭转实验可适用于研究在剪切带不受约束情况下的金属玻璃力学行为。基于此,我们通过扭转实验系统地研究了不同体系和不同尺寸的金属玻璃的扭转断裂行为。我们发现金属玻璃的扭转断裂面可偏离最大剪切应力面,偏离程度（即断裂角）依赖于材料组分和试样尺寸。基于应力分析,我们发现金属玻璃的扭转断裂行为可以用拉伸椭圆准则描述。结合实验和文献数据,我们分析了断裂角度和断裂韧性的关系,发现金属玻璃扭转断裂面相对于最大剪切应力面的偏移本质上与断裂韧性相关:韧性好的金属玻璃的扭转断裂面更接近最大剪切应力面,反之亦然。此外,金属玻璃的断裂韧性和正断应力与切断应力的比值具有相关性,反映了金属玻璃断裂本质上受正应力和切应力的竞争机制控制的物理机理。本文研究从“结构各向异性揭示金属玻璃的形变机制”、“金属玻璃的表层软化行为”、“金属玻璃的扭转断裂行为”三个方面分别对金属玻璃的相关力学问题进行了一定的研究。本文研究结果对认识金属玻璃的物理本质,调控金属玻璃的力学性能具有一定的意义。