將淬火后的金屬工件置于室溫或較高溫度下保持適當時間﹐以提高金屬強度的金屬熱處理工藝。室溫下進行的時效處理是自然時效﹔較高溫度下進行的時效處理是人工時效。在機械生產中﹐為了穩(wěn)定鑄件尺寸﹐常將鑄件在室溫下長期放置﹐然后才進行切削加工。這種措施也被稱為時效。但這種時效不屬于金屬熱處理工藝。
20世紀初葉﹐德國工程師A.維爾姆研究硬鋁時發(fā)現(xiàn)﹐這種合金淬火后硬度不高﹐但在室溫下放置一段時間后﹐硬度便顯著上昇﹐這種現(xiàn)象后來被稱為沉淀硬化。這一發(fā)現(xiàn)在工程界引起了極大興趣。隨后人們相繼發(fā)現(xiàn)了一些可以采用時效處理進行強化的鋁合金﹑銅合金和鐵基合金﹐開創(chuàng)了一條與一般鋼鐵淬火強化有本質差異的新的強化途徑──時效強化。
絕大多數(shù)進行時效強化的合金﹐原始組織都是由一種固溶體和某些金屬化合物所組成。固溶體的溶解度隨溫度的上昇而增大。在時效處理前進行淬火﹐就是為了在加熱時使盡量多的溶質溶入固溶體﹐隨后在快速冷卻中溶解度雖然下降﹐但過剩的溶質來不及從固溶體中分析出來﹐而形成過飽和固溶體。為達到這一目的而進行的淬火常稱為固溶熱處理。
經過長期反復研究證實﹐時效強化的實質是從過飽和固溶體中析出許多非常細小的沉淀物顆粒(一般是金屬化合物﹐也可能是過飽和固溶體中的溶質原子在許多微小地區(qū)聚集)﹐形成一些體積很小的溶質原子富集區(qū)。
在時效處理前進行固溶處理時﹐加熱溫度必須嚴格控制﹐以便使溶質原子能最大限度地固溶到固溶體中﹐同時又不致使合金發(fā)生熔化。許多鋁合金固溶處理加熱溫度容許的偏差只有5℃左右。進行人工時效處理﹐必須嚴格控制加熱溫度和保溫時間﹐才能得到比較理想的強化效果。生產中有時采用分段時效﹐即先在室溫或比室溫稍高的溫度下保溫一段時間﹐然后在更高的溫度下再保溫一段時間。這樣作有時會得到較好的效果。
馬氏體時效鋼淬火時會發(fā)生組織轉變﹐形成馬氏體。馬氏體就是一種過飽和固溶體。這種鋼也可采用時效處理進行強化。
低碳鋼冷態(tài)塑性變形后在室溫下長期放置﹐強度提高﹐塑性降低﹐這種現(xiàn)象稱為機械時效。