镍基单晶超合金因其优异的蠕变抗力、疲劳强度和高温微观结构稳定性，成为先进航空发动机和燃气轮机关键热部件不可或缺的结构材料。通过添加Re、Ru和Ta等难熔元素，合金设计不断进步，使其能够在超过1150°C的温度下保持出色的机械性能[[1], [2], [3], [4]]。然而，尽管具有较高的高温强度，许多SX超合金在中间温度范围（通常为600–800°C）内仍表现出明显的延展性下降，这对部件的可靠性和耐损伤性构成了重大挑战[[5], [6], [7], [8], [9], [10], [11], [12]]。
SX超合金是一种沉淀强化材料，由γ基体和有序的L1?结构γ′沉淀物组成[[13,14]]。因此，这些合金的塑性变形本质上受到相依赖的滑移行为和γ/γ′界面处位错相互作用的控制。大量研究表明，SX超合金的机械响应对位错移动性、相强度差异和界面兼容性非常敏感，而这些因素都强烈依赖于温度[[15], [16], [17], [18], [19]]。因此，中间温度下的延展性丧失与γ和γ′相之间的位错结构演变及塑性兼容性密切相关，而不仅仅是单一相的特性。
基于此，人们对SX超合金的ITB机制从不同甚至相互矛盾的角度进行了阐释。早期研究主要将延展性丧失归因于γ通道内的损伤局部化，认为基体控制的塑性不稳定性是导致失效的主要原因[[7,20,21]]。然而，最近的透射电子显微镜（TEM）研究表明，γ′沉淀物在中间温度下可以通过反相边界（APB）耦合的超位错或堆垛错（SF）介导的部分位错参与塑性变形[[8,10,[22], [23], [24]]。这些观察表明，中间温度下的变形和断裂不能仅用单一主导机制来解释。关键问题在于位错如何在γ/γ′界面处积累、传递或被阻挡，这一过程受到合金化学成分、晶格失配和温度依赖的位错过程的强烈影响。
位错介导的变形具有强烈的温度依赖性，为理解ITB的形成提供了统一的框架。在较低温度下，热激活受限和相强度差异减小抑制了位错的快速积累，导致沿活跃滑移系统的塑性流动相对稳定[[25]]。在足够高的温度下，热激活的恢复机制（如交叉滑移和攀移）逐渐起作用，促进了γ和γ′相之间的位错重排和变形兼容性的提高，从而增强了延展性[[26], [27], [28]]。而在中间温度下，恢复机制仍然不足，同时相强度差异变得显著，导致位错加速积累、严重的应变局部化和以不稳定性为主的变形行为。这种关键组合使得中间温度区域对相依赖的塑性和位错相互作用极为敏感，从而解释了SX超合金中观察到的显著延展性降低现象。
在此背景下，蠕变实验的见解为中间温度下的变形机制提供了补充视角。在600–900°C范围内进行的原位和中断蠕变研究显示了明显的平面滑移、位错通道化以及与中间温度拉伸脆化过程中观察到的缺陷结构高度相似的现象[[29], [30], [31], [32], [33]]。分子动力学模拟进一步表明，热激活机制（如交叉滑移和攀移）在低温至中等温度范围内受到限制，突显了γ/γ′界面在控制位错堆积和沉淀物剪切行为中的关键作用[[34], [35], [36]]。此外，在这一温度范围内，扩散控制的微观结构演变（如筏状排列）较为微弱，这与长期蠕变和疲劳研究的观察结果一致[[30,31,37,38]]。综上所述，中间温度下的脆化反映了在恢复受限条件下的位错介导变形的固有特性，这为在本构建模中忽略扩散驱动过程、专注于平面滑移主导的塑性提供了合理的依据。
尽管对SX超合金中间温度脆化有大量实验观察，但现有研究大多依赖于变形后的微观结构表征或变形行为的现象学描述。这些相对零散的研究未能对中间温度脆化的机制提供连贯的解释。此外，目前还缺乏能够同时捕捉实时变形、应变局部化以及多尺度位错配置演变的综合方法。此外，明确将位错密度演变、相特异性变形机制和中间温度条件下的损伤积累联系起来的本构框架仍然有限。
在这项工作中，我们通过结合实验和计算方法，研究了700°C下第四代SX超合金的变形和损伤演变过程。采用原位扫描电子显微镜（SEM）拉伸实验和数字图像相关（DIC）技术直接观察了从均匀变形到灾难性滑移局部化的转变过程。透射电子显微镜（TEM）用于表征γ和γ′相中位错结构的应变依赖性演变。在此基础上，我们开发了一个基于物理原理的晶体塑性框架，纳入了位错密度演变和损伤积累的考虑，并通过实验结果进行了验证。这一综合分析提供了关于中间温度延展性丧失的机制性见解，并确定了控制变形稳定性的关键微观结构和晶体学因素，为设计耐损伤的SX超合金提供了指导。
