高溫鈦合金因其出色的高溫強度、抗氧化性和抗蠕變性能，在航空航天、能源和化工等行業中得到了廣泛應用。Ti65合金作為一種近α型高溫鈦合金，設計用于在高達650°C的溫度下長期使用，并能在650°C至750°C的溫度范圍內短期高應力條件下工作。

隨著航空航天發動機推重比及燃氣輪機效率的不斷提高，對Ti65合金耐熱性和機械性能的要求也日益增加。特別是在超出設計溫度范圍運行時，其機械性能顯著下降，這主要歸因于操作條件特別是溫度對材料性能的影響以及微觀結構演化直接決定了其機械行為。因此，深入研究Ti65合金在高溫下的微觀結構演變和變形機制對于進一步提升其應用潛力具有重要意義。

針對上述問題，沈陽飛機設計研究所、昱華先進材料研究院、中國科學院金屬研究所等組成的研究團隊利用澤攸科技原位SEM進行了深入研究，他們通過原位拉伸測試和微觀結構分析系統地研究了Ti65合金在高溫下的塑性變形行為，揭示了其變形機制，研究成果為高溫鈦合金的設計與應用提供了理論基礎。相關成果以“In-Situ Investigation on Plastic Deformation Behavior of High-Temperature Ti65 Alloy”為題發表在SSRN上，原文鏈接：http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.5192479

該研究聚焦于Ti65高溫鈦合金在不同溫度下的塑性變形行為，尤其是其在高溫條件下的微觀結構演變和變形機制。通過采用原位掃描電子顯微鏡(SEM)與電子背散射衍射(EBSD)技術相結合的方法，研究團隊對Ti65合金進行了室溫和700°C條件下的拉伸實驗。實驗中使用的試樣是從直徑為300毫米的鍛造Ti65合金棒上用電火花線切割機加工而成的啞鈴形拉伸試樣。拉伸測試在電子試驗機上進行，應變速率為2.8×10?3 s?1，并利用視頻引伸計測量標距段的應變。

圖 Ti65合金在室溫下的原位拉伸測試：(a-c)分別為0%、1%和5%應變下的掃描電鏡圖像及滑移跡線分析；(d-f)分別為0%、1%和5%應變下的反極圖（IPF）映射

研究不僅分析了滑移活動、晶體取向旋轉及滑移傳遞行為，還探討了Ti65合金在高、低溫條件下的拉伸變形行為。具體而言，通過Schmid因子計算和滑移跡線分析方法確定了每個加載步驟中的活躍滑移系。根據Schmid定律，具有Schmid因子值的滑移系通常會被激活。因此，首先計算所有考慮的滑移系的Schmid因子值，然后將理論SF值的滑移系視為活躍滑移系。同時，研究團隊也采用了幾何相容性因子(GCF)來描述相鄰晶粒間滑移系激活的協調程度，以分析多晶材料的塑性變形行為。GCF反映了鄰近晶粒之間滑移系統的幾何對齊程度，數值越高表示越容易發生滑移傳遞。

圖 Ti65合金：(a) 室溫拉伸測試的斷裂表面；(b) 高溫拉伸測試的斷裂表面

研究結果表明，在高溫條件下，由于熱激活效應顯著降低了錐面滑移的臨界分解剪切應力，促進了<a>和<c+a>滑移的廣泛激活，從而增強了材料的塑性變形能力。此外，研究發現滑移傳遞成為了高溫下協調變形的主要機制，高幾何相容性有助于位錯穿過晶界傳輸，有效緩解局部應力集中，進一步優化了材料的塑性。特別是在700°C時，隨著應變增加，棱柱面和基面滑移的比例減少，而錐面<a>和<c+a>滑移的比例顯著增加，顯示出這些滑移系統在提高材料高溫塑性方面的重要作用。

圖 Ti65合金在室溫（a-c）和高溫（d-f）拉伸測試過程中兩組選定晶粒之間的滑移傳遞行為：(a, d) 反極圖（IPF）+ 掃描電鏡（SEM）圖像；(b, e) 核平均取向差（KAM）圖；(c, f) KAM值的線性分布

通過對拉伸斷裂形態的分析，研究人員發現室溫拉伸斷裂主要特征是高密度的小淺凹坑，且有明顯的撕裂邊緣和凹坑帶，表現出典型的韌性-脆性混合斷裂模式；而在高溫條件下，斷裂表面呈現出微孔聚集擴展的不同方向軌跡，顯示出更加顯著的韌性斷裂特性。這些發現對于理解Ti65合金在高溫條件下的力學行為、優化熱機械加工工藝以及擴大其工程應用潛力具有重要意義。