时效(aging)

金属材料经淬火获得过饱和固溶体，在室温停留或在较低温度加热时，随时间的延长合金性能发生变化，强度、硬度增高。凡具有溶解一沉淀特征的合金均有时效效应。时效是淬火之后在较低温度下进行二次热处理工艺，在铝合金材料和制品的生产中应用最为广泛。时效是强化合金材料的重要途径之一。在一些其他场合也会见到“时效”这个词，例如：钢件和铸铁件以消除内应力为目的，在低温下长时间停留亦称“时效”，但其目的和内容与本文所述之时效截然不同。

简史 “时效”出现于铝合金问世之后，1903～1911年期间，德国人阿尔夫雷德(w．A1fred)在研究杜拉铝的热处理时，自500℃快冷后，并在室温长时间停放，发现该合金的强度明显提高，并定名为“时效硬化现象”。此现象被发现后并经多次验证，随后许多学者试图从理论上加以解释，例如1919年美国人威滕休里(R．G．Witenhury)等提出了“时效硬化是由于溶解后再析出细小质点”的理论，即简单的析出理论。1920年美国人默里卡(P．D．Merica)又将上述学说修正为“时效时形成显微尺寸的脱溶物使合金硬化”，认为细小质点有一“临界尺寸”，不具备此临界尺寸的质点是不能起到强化作用的。同时期还有杰弗里斯(Z．Jeffr‘les)的观点，他认为析出的化合物(如CuAl：)质点达到某一尺寸时，质点与基体之间存在着依附关系。这些都不能阐明沉淀硬化的实质。其后又出现了“滑移一干扰理论”。1929年前后英国人普雷斯顿(G．D．Preston)等发现“合金时效过程中电阻增大的现象与析出质点后过饱和固溶体浓度降低、电阻应减小的观点不相符，认为过饱和固溶体的脱溶不能用简单的析出理论解释。后来的几年中，时效理论处于停滞阶段。直至1938年，法国人甘莱(A•Guinler)和普雷斯顿发现了溶质原子偏聚区，并提出了过饱和固溶体脱溶过程是由形成溶质原子偏聚区(后来命名为GP区)和过渡相两个阶段所组成的脱溶模型，奠定了现代时效理论的基础。

分类 时效是淬火之后进行的一种热处理，其工艺曲线如图1所示。淬火后在室温下进行的时效称自然时效(如曲线1所示)；加热至一定温度的时效称人工时效(如曲线2所示)，或称温时效。自然时效和人工时效是铝合金生产中经常采用的两种时效工艺。如果在淬火加热过程中或淬火冷却之后经一定变形量的热(冷)塑性加工之后再行时效，其作用与上述工艺又有比较大的差别，此种组合工艺称为形变热处理。“时效，，的名称没有改变，但其含意却不同了。此外，还有一种“形变时效”，它是指金属材料并不一定经淬火，而是在具有某种方式应变的情况下，合金固溶体中溶质原子富聚于受压应力区(原子半径小者)或受拉应力区(原子半径大者)，与时效的偏聚现象类似，将此种现象称为“形变时效”也称“上坡扩散”。淬火后经塑性变形再进行时效，亦属此种。