快速冷却抑制了钢铁中的共析转变，得到非平衡组织，因此常采用淬火+回火的热处理方法控制其性能。但是在许多非铁金属材料中无共析转变，而采用了另一种方法，即依靠材料中析出细小弥散分布的第二相粒子来提高强度与硬度。这个过程被称为时效硬化。

如何才能在合金中产生细小弥散分布的第二相粒子呢？实际上时效的过程是由三个步骤完成的：选择合金成分，只有合金元素组成有溶解度变化的相图时，才能够采用固溶+时效的方法来提高材料的强度与硬度；固溶处理（第一次加热+第一次冷却）；时效处理（第二次加热+第二次冷却）。

绝大多数进行时效强化的合金，原始组织都是由一种固溶体和某些金属化合物所组成的。其中，固溶体的溶解度随着温度的上升而增大。在时效处理前进行淬火，就是为了在加热时让更多的溶质溶入固溶体中，随后在快速冷却过程中溶解度虽然下降，但是过剩的溶质来不及从固溶体中析出，而形成过饱和固溶体。为达到这一目的而进行的淬火常称为固溶处理。

由此可见，合金经淬火后，其固溶体中的溶质元素将处于过饱和状态。过饱和固溶体在热力学上是不稳定的，有自发析出溶质原子的趋势。此时，如果在室温或某一定的高温下溶质原子仍具有一定的扩散能力，那么随着时间的延续，过饱和固溶体中的溶质元素将析出，从而使合金的性能发生变化，这就是时效，如图2-23所示。如果这一变化过程是在室温发生的就称为自然时效，如果是在某一定的高温下发生的就称为人工时效。由此可见，要发生时效必须具备以下条件：

图2-23 淬火后时效的工艺过程示意图

1）溶质元素在固溶体中应具有一定的固溶度，并随着温度的下降而减小。(www.daowen.com)

2）淬火处理后溶质元素处于过饱和状态。

3）在较低温度（室温或高于室温）下，溶质原子仍具有一定的扩散能力。

一般情况下，在溶质原子从过饱和固溶体析出的过程中，合金的硬度或强度会逐渐升高，这种现象称为时效硬化或时效强化，有时也称为沉淀硬化或沉淀强化。这种合金时效硬化是一个相当复杂的过程，目前多数时效理论认为时效硬化是溶质原子偏聚形成硬化区的结果。

硬化区是怎样形成的呢？在此以铝合金为例来加以介绍。铝合金在淬火加热时，合金中就形成了空位，在淬火时，由于冷却速度快，这些空位来不及移出，便被“固定”在晶体内。这些过饱和固溶体内的空位多与溶质原子结合在一起。由于过饱和固溶体处于不稳定状态，因此它有从不稳定状态向平衡状态转变的自发趋势。空位的存在，加速了溶质原子的扩散速度，因而加速了溶质原子的偏聚。

硬化区的大小和数量取决于淬火温度与淬火速度。淬火温度越高，空位浓度就会越大，硬化区的数量也就越多，而硬化区的尺寸越小。同样的道理，淬火速度越大，固溶体内所固定的空位就会越多，越有利于增加硬化区的数量，减小硬化区的尺寸。