鋁型材時(shí)效過程是第二相從過飽和固溶體中沉淀的過程，也是固態(tài)相變的一種；通過新相的形核和長大的方式完成轉(zhuǎn)變，這種形核長大首先取決于系統(tǒng)的自由能變化；只有在系統(tǒng)自由能降低條件下，才能形成新相；

時(shí)效硬化是鋁型材的主要強(qiáng)化手段，鋁型材的時(shí)效硬化是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程；它不僅取決于合金的組成、時(shí)效工藝，還取決于合金在生產(chǎn)過程中所造成的缺陷，特別是空位、位錯(cuò)的數(shù)量和分布等，造成此種硬化的原因一般應(yīng)用位錯(cuò)理論解釋；目前普遍認(rèn)為時(shí)效硬化是溶質(zhì)原子偏聚形成硬化區(qū)的結(jié)果；

鋁型材在固溶處理加熱時(shí)，合金中形成了空位，在淬火時(shí)，由于冷卻快，這些空位來不及移出，便被固定在晶體內(nèi)；這些在過飽和固溶體內(nèi)的空位大多與溶質(zhì)原子結(jié)合在一起；由于過飽和固溶體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，必然向平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變，空位的存在，加速了溶質(zhì)原子的擴(kuò)散速度，因而加速了溶質(zhì)原子的偏聚；

硬化區(qū)的大小和數(shù)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(qū)的數(shù)量也就越多，硬化區(qū)的尺寸減小；淬火冷卻速度越大，固溶體內(nèi)所固定的空位越多，有利于增加硬化區(qū)的數(shù)量，減小硬化區(qū)的尺寸；

（Al-Cu二元相圖的富鋁部分）

沉淀硬化和金系的一個(gè)基本特征是隨溫度而變化的平衡固溶度，即隨溫度增加而固溶度增加，大多數(shù)可熱處理強(qiáng)化的鋁型材都符合這一條件；沉淀硬化所要求的溶解度-溫度關(guān)系，可用鋁-銅系的Al-4Cu合金說明合金時(shí)效的組成和結(jié)構(gòu)的變化；上圖為鋁-銅系富鋁部分的二元相圖，在548℃進(jìn)行共晶轉(zhuǎn)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%；

在時(shí)效處理過程中，該合金組織有以下幾個(gè)變化過程；

1. 形成溶質(zhì)原子富集區(qū)—G.P.（Ⅰ）區(qū)

在新淬火狀態(tài)的過飽和固溶體中，銅原子在鋁晶格中的分布是任意的、無序的；時(shí)效初期，即時(shí)效溫度低或時(shí)效時(shí)間短時(shí)，銅原子在鋁型材上的某些晶面上聚集，形成溶質(zhì)原子富集區(qū)，稱G.P.（Ⅰ）區(qū)，與型材α保持共格關(guān)系，這些聚合體成了提高抗變形的共格應(yīng)變區(qū)，故使鋁型材的強(qiáng)度、硬度升高；G.P.（Ⅰ）區(qū)的直徑約為4~5nm，厚度只有幾個(gè)原子間距；它們?nèi)员Ａ粼谀赶嗑Ц裰校c母相沒有界面，只是由于銅原子富集，使G.P.區(qū)附近的晶格發(fā)生很大的畸變，引起了合金的強(qiáng)化；

2. G.P.區(qū)有序化—形成G.P.（Ⅱ）區(qū)（θ相）

隨著時(shí)效溫度升高或時(shí)效時(shí)間延長，銅原子繼續(xù)富集并發(fā)生有序化，即形成G.P（Ⅱ）區(qū)；它與型材α仍保持共格關(guān)系，但尺寸較G.P.（Ⅰ）區(qū)的大；它比G.P.（Ⅰ）區(qū)周圍的畸變更大，對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙進(jìn)一步增大，因此時(shí)效強(qiáng)化作用更大，G.P.（Ⅱ）區(qū)的直徑約為10~40nm，厚度1~4nm，它們與母相仍然保持同類型晶格，沒有明顯界面，只是晶格畸變更大些，使合金進(jìn)一步強(qiáng)化；

3. 形成過渡相θ’

隨著時(shí)效溫度進(jìn)一步升高，或時(shí)效時(shí)間進(jìn)一步延長，銅原子在G.P.（Ⅱ）區(qū)繼續(xù)富集，當(dāng)銅原子與鋁原子比為1:2時(shí)，形成過渡相θ’；θ’相的化學(xué)成分與穩(wěn)定相θ（GuAl2）的相同；θ’相具有正方晶格，其兩棱a與b與母相的晶格常數(shù)相等，但在c軸方向略顯收縮；θ’相與母相保持有共格關(guān)系；過渡相θ’的[100]面與母相的[100]面原子排列和晶格常數(shù)最相近，因此，沿這兩個(gè)面相共格；但由于θ’相的點(diǎn)陣常數(shù)發(fā)生較大的變化，與基體共格關(guān)系由完全共格變?yōu)榫植抗哺瘢虼?/span>θ’相周圍基體的共格畸變減弱，對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用減小，表現(xiàn)在型材性能上硬度開始下降；由此可見，共格畸變的存在是造成鋁型材時(shí)效強(qiáng)化的重要因素；

4. 形成穩(wěn)定的θ相

隨著時(shí)效溫度再升高或時(shí)效時(shí)間再延長，過渡相θ’繼續(xù)長大，共格面附近的畸變也隨之增加，達(dá)到一定程度后，共格被破壞，過渡相θ’變成了平衡相θ（CuAl2）；過渡相從鋁型材固溶體中完全脫落，形成與型材有明顯的界面的獨(dú)立的穩(wěn)定相CuAl2，稱為θ相；此時(shí)θ相與型材的共格關(guān)系完全破壞，并有自己獨(dú)立的晶格，其畸變也隨之消失；在高倍光學(xué)顯微鏡下，可看到第二相質(zhì)點(diǎn)；這時(shí)型材強(qiáng)度已達(dá)到極大值，并隨時(shí)效溫度的提高或時(shí)間的延長，θ相的質(zhì)點(diǎn)聚集長大，鋁型材的強(qiáng)度、硬度進(jìn)一步下降，型材就軟化并稱為過時(shí)效；如果時(shí)效溫度再升高或時(shí)間再延長，第二相θ質(zhì)點(diǎn)將發(fā)生聚集而變得粗大；