經過時效熱處理,從奧氏體基體中析出一些相使高溫合金強化。因為這些相是從基體中析出的,因此有時稱為第二相或沉淀相,所以時效強化又稱為第二相強化或沉淀強化。用固溶強化手段設置位錯運動障礙是不夠穩定的,其強化效果也不夠強烈。為了更有效地阻礙位錯運動,就要利用穩定的障礙物,高溫合金通常采用固態析出的時效相,如γ’、γ’’和碳化物(見高溫合金材料的間隙相、高溫合金材料的金屬間化合物相)等作為穩定的障礙物。
從位錯理論出發,時效強化效應是和位錯與析出相的交互作用密切相關的。運動著的位錯與析出相遇時,其機械障礙作用有4種情況:(1)應力場障礙。時效相析出時會在基體中產生應力場,特別當時效相與基體具有共格關系時,可以產生很高的彈性應力場。(2)位錯攀移析出相克服障礙。(3)位錯繞過析出相的障礙。位錯線在靠近析出相顆粒時受阻變彎,位錯線繞過析出相并在其周圍留下位錯環后才能繼續向前運動,這是有名的歐羅萬(orowan)機制。(4)位錯切割析出相的障礙。位錯切割析出相時,增加了它與基體之間的界面而需要做功。如果析出相為有序結構時,當位錯切過時會在有序結構中產生反相疇界而需要做功。
γ’相是高溫合金中最重要的時效強化相。隨著7,相數量增加,強化效果增加。在鎳基高溫合金中,7,相的數量能達到60%~65%;而鐵基高溫合金中只能達到20%左右。鐵基高溫合金中γ’相的合適尺寸是0.01~0.05μm,通常呈球形。鎳基高溫合金中應使γ,相的平均間距保持在0.05μm左右;當γ’相含量超過40%時,γ’相間距對強化不敏感,此時γ’相可以達到很大尺寸(0.2μm左右),形貌為立方體形。