眾所周知，對于含碳量較高的鋼，經淬火后立即獲得很高的硬度，而塑性則很低。然而對鋁合金并不然，鋁合金剛淬火后，強度與硬度并不立即升高，至于塑性非但沒有下降，反而有所上升。但這種淬火后的合金，放置一段時間（如4～6晝夜后），強度和硬度會顯著提高，而塑性則明顯降低。淬火后鋁合金的強度、硬度隨時間增長而顯著提高的現象，稱為時效。時效可以在常溫下發生，稱自然時效，也可以在高于室溫的某一溫度范圍（如100～200℃）內發生，稱人工時效。
鋁合金在淬火加熱時，合金中形成了空位，在淬火時，由于冷卻快，這些空位來不及移出，便被“固定”在晶體內。這些在過飽和固溶體內的空位大多與溶質原子結合在一起。由于過飽和固溶體處于不穩定狀態，必然向平衡狀態轉變，空位的存在，加速了溶質原子的擴散速度，因而加速了溶質原子的偏聚。
硬化區的大小和數量取決于淬火溫度與淬火冷卻速度。淬火溫度越高，空位濃度越大，硬化區的數量也就越多，硬化區的尺寸減小。淬火冷卻速度越大，固溶體內所固定的空位越多，有利于增加硬化區的數量，減小硬化區的尺寸。
沉淀硬化合金系的一個基本特征是隨溫度而變化的平衡固溶度，即隨溫度增加固溶度增加，大多數可熱處理強化的的鋁合金都符合這一條件。沉淀硬化所要求的溶解度－溫度關系，可用鋁銅系的Al－4Cu合金說明合金時效的組成和結構的變化。圖3－1鋁銅系富鋁部分的二元相圖，在548℃進行共晶轉變L→α＋θ（Al2Cu）。銅在α相中的極限溶解度5.65％（548℃），隨著溫度的下降，固溶度急劇減小，室溫下約為0.05％。
合金化學成分的影響
一種合金能否通過時效強化，首先取決于組成合金的元素能否溶解于固溶體以及固溶度隨溫度變化的程度。如硅、錳在鋁中的固溶度比較小，且隨溫度變化不大，而鎂、鋅雖然在鋁基固溶體中有較大的固溶度，但它們與鋁形成的化合物的結構與基體差異不大，強化效果甚微。因此，二元鋁－硅、鋁－錳、鋁－鎂、鋁－鋅通常都不采用時效強化處理。而有些二元合金，如鋁－銅合金，及三元合金或多元合金，如鋁－鎂－硅、鋁－銅－鎂－硅合金等，它們在熱處理過程中有溶解度和固態相變，則可通過熱處理進行強化。
合金的固溶處理工藝影響
為獲得良好的時效強化效果，在不發生過熱、過燒及晶粒長大的條件下，淬火加熱溫度高些，保溫時間長些，有利于獲得*大過飽和度的均勻固溶體。另外在淬火冷卻過程不析出第二相，否則在隨后時效處理時，已析出相將起晶核作用，造成局部不均勻析出而降低時效強化效果。
時效溫度的影響
在不同溫度時效時，析出相的臨界晶核大小、數量、成分以及聚集長大的速度不同，若溫度過低，由于擴散困難，G·P區不易形成，時效后強度、硬度低，當時效溫度過高時，擴散易進行，過飽和固溶體中析出相的臨界晶核尺寸大，時效后強度、硬度偏低，即產生過時效。因此，各種合金都有*適宜的時效溫度。
鋁合金的回歸現象
經淬火自然時效后的鋁合金（如鋁－銅）重新加熱到200～250℃，然后快冷到室溫，則合金強度下降，重新變軟，性能恢復到剛淬火狀態；如在室溫下放置，則與新淬火合金一樣，仍能進行正常的自然時效，這種現象稱為回歸現象。關于回歸現象的解釋是合金在室溫自然時效時，形成G·P區尺寸較小，加熱到較高溫度時，這些小的G·P區不再穩定而重新溶入固溶體中，此時將合金快冷到室溫，則合金又恢復到新淬火狀態，仍可重新自然時效。在理論上回歸處理不受處理次數的限制，但實際上，回歸處理時很難使析出相完全重溶，造成以后時效過程呈局部析出，使時效強化效果逐次減弱。同時在反復加熱過程中，固溶體晶粒有越來越大的趨勢，這對性能不利。因此回歸處理僅用于修理飛機用的鉚釘合金，即可利用這一現象，隨時進行鉚接，而對其他鋁合金則沒有使用價值。
固溶處理與淬冷
為了利用沉淀硬化反應，首先通過加熱及快速冷卻，形成一種過飽和的固溶體。形成固溶體的工藝過程稱固溶熱處理。其目的是把合金*大量實際可溶解的硬化元素溶于固溶體中。這一工藝過程包括把合金加熱到足夠高溫度下保溫足夠長時間然后水中快冷。
概括的說，提高鋁合金強度、硬度的熱處理，包括三個步驟的工藝過程：（1）固溶熱處理－可溶相的溶解。（2）淬火－過飽和固溶體的形成。（3）時效－在室溫下（自然時效）或高溫下（人工時效或沉淀熱處理）溶質原子的沉淀析出。 |
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