高温钛合金因其出色的高温强度、抗氧化性和抗蠕变性能，在航空航天、能源和化工等行业中得到了广泛应用。Ti65合金作为一种近α型高温钛合金，设计用于在高达650°C的温度下长期使用，并能在650°C至750°C的温度范围内短期高应力条件下工作。

随着航空航天发动机推重比及燃气轮机效率的不断提高，对Ti65合金耐热性和机械性能的要求也日益增加。特别是在超出设计温度范围运行时，其机械性能显著下降，这主要归因于操作条件特别是温度对材料性能的影响以及微观结构演化直接决定了其机械行为。因此，深入研究Ti65合金在高温下的微观结构演变和变形机制对于进一步提升其应用潜力具有重要意义。

针对上述问题，沈阳飞机设计研究所、昱华先进材料研究院、中国科学院金属研究所等组成的研究团队利用威尼斯886699原位SEM进行了深入研究，他们通过原位拉伸测试和微观结构分析系统地研究了Ti65合金在高温下的塑性变形行为，揭示了其变形机制，研究成果为高温钛合金的设计与应用提供了理论基础。相关成果以“In-Situ Investigation on Plastic Deformation Behavior of High-Temperature Ti65 Alloy”为题发表在SSRN上，原文链接：http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.5192479

该研究聚焦于Ti65高温钛合金在不同温度下的塑性变形行为，尤其是其在高温条件下的微观结构演变和变形机制。通过采用原位扫描电子显微镜(SEM)与电子背散射衍射(EBSD)技术相结合的方法，研究团队对Ti65合金进行了室温和700°C条件下的拉伸实验。实验中使用的试样是从直径为300毫米的锻造Ti65合金棒上用电火花线切割机加工而成的哑铃形拉伸试样。拉伸测试在电子试验机上进行，应变速率为2.8×10⁻³ s⁻¹，并利用视频引伸计测量标距段的应变。

图 Ti65合金在室温下的原位拉伸测试：(a-c)分别为0%、1%和5%应变下的扫描电镜图像及滑移迹线分析；(d-f)分别为0%、1%和5%应变下的反极图（IPF）映射

研究不仅分析了滑移活动、晶体取向旋转及滑移传递行为，还探讨了Ti65合金在高、低温条件下的拉伸变形行为。具体而言，通过Schmid因子计算和滑移迹线分析方法确定了每个加载步骤中的活跃滑移系。根据Schmid定律，具有Schmid因子值的滑移系通常会被激活。因此，首先计算所有考虑的滑移系的Schmid因子值，然后将理论SF值的滑移系视为活跃滑移系。同时，研究团队也采用了几何相容性因子(GCF)来描述相邻晶粒间滑移系激活的协调程度，以分析多晶材料的塑性变形行为。GCF反映了邻近晶粒之间滑移系统的几何对齐程度，数值越高表示越容易发生滑移传递。

图 Ti65合金：(a) 室温拉伸测试的断裂表面；(b) 高温拉伸测试的断裂表面

研究结果表明，在高温条件下，由于热激活效应显著降低了锥面滑移的临界分解剪切应力，促进了和滑移的广泛激活，从而增强了材料的塑性变形能力。此外，研究发现滑移传递成为了高温下协调变形的主要机制，高几何相容性有助于位错穿过晶界传输，有效缓解局部应力集中，进一步优化了材料的塑性。特别是在700°C时，随着应变增加，棱柱面和基面滑移的比例减少，而锥面和滑移的比例显著增加，显示出这些滑移系统在提高材料高温塑性方面的重要作用。

图 Ti65合金在室温（a-c）和高温（d-f）拉伸测试过程中两组选定晶粒之间的滑移传递行为：(a, d) 反极图（IPF）+ 扫描电镜（SEM）图像；(b, e) 核平均取向差（KAM）图；(c, f) KAM值的线性分布

通过对拉伸断裂形态的分析，研究人员发现室温拉伸断裂主要特征是高密度的小浅凹坑，且有明显的撕裂边缘和凹坑带，表现出典型的韧性-脆性混合断裂模式；而在高温条件下，断裂表面呈现出微孔聚集扩展的不同方向轨迹，显示出更加显著的韧性断裂特性。这些发现对于理解Ti65合金在高温条件下的力学行为、优化热机械加工工艺以及扩大其工程应用潜力具有重要意义。