Температура помещения довольно стабильная примерно +50 градусов. Планирую поставить MEGA32 и DIP корпусе и использовать внутренний генератор на 8 МГц. На сколько это высокая температура (по характеристикам пишут +125 рабочая) и каких можно ждать сюрпризов? Поделитесь опытом.

Врядли много людей с таким опытом. Я бы в этом вопросе поверил документации.

Здесь вся проблема заключается не в поведении контроллера при высокой температуре, а стабильная работа кварцевого резонатора. Вот его необходимо термостатировать!

На стабильность работы, как правило, влияет не сама температура, а ее изменения, что отображено в datasheet на графиках.
У ряда полупроводников при повышенной температуре снижаются максимально допустимые токи, мощности и падения напряжения на элементах.
При высокой температуре окружающей среды необходимо учитывать, что устройство само выделяет тепло, которое доведет его температуру до предела быстрее, чем при комнатной температуре. Есть методики оценки и расчета температурных режимов радиоэлектронных устройств.
Если это учесть, в том числе процесс начала работы (пока помещение не нагрелось) - ничего страшного.
Стабильностью частоты необходимо заняться отдельно, исходя из практической необходимости.
Может хватить внутреннего генератора с коррекцией, просто кварца 20-30ppm подстроенного при рабочей температуре. А есть еще методы термокомпенсации и термостатирования.

Мои знакомые делали прибор на ATMEGA103 для погружных систем.
Потом перевели его на MEGA128.
Серийно выпускается.
При температуре выше 85 градусов перестает работать генератор который для часового кварца 32768 МГц. Все остальное не глючит и на 100 градусах.
В том числе и обычный генератор на кварце.
MEGA32 наверное аналогично.

У меня несколько проектов на MEGA128 и MEGA162 реализованных для промышленных условий эксплуатации. Все тестирую в термокамере на
температурный режим -40...+60, в корпусе перегрев из за выделения тепла
элементами достигает 75...80 градусов и отказов из за температурного диапазона у меня еще ни разу не было. У всех проектов генератор на внешнем кварце.

Использую мегу8 в точно такой же кофигурации. Сбоев нет. Подстройка частоты выполнена программной PLL.

Применяю мегу8 в подобном приложении.
Во всём температурном диапазоне сбоев нет.
Частота плавает в точном соответствии с документацией.
На краях температурного диапазона иногда возникают сбои с UART (оно и понятно почему).
В остальных случаях всё ОК.