鋁合金在常溫和中等應(yīng)力作用下產(chǎn)生塑性變形，主要由位錯(cuò)滑移所致，而高溫和低應(yīng)力作用下產(chǎn)生塑性變形則由位錯(cuò)蠕動(dòng)和擴(kuò)散流變產(chǎn)生?？偟膩?lái)說(shuō)，不管工作溫度高低，合金抵抗變形能力主要由位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)難易所決定。因而，把增加鋁合金對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的抗力稱為鋁合金強(qiáng)化。
鋁合金的強(qiáng)化及其分類方法很多，一般將其分為加工硬化和合金化強(qiáng)化兩大類。鋁合金強(qiáng)化方法可細(xì)分為加工硬化、固溶強(qiáng)化、異相強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化、晶界強(qiáng)化和復(fù)合強(qiáng)化七類。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中往往是幾種強(qiáng)化方法同時(shí)起作用。
鋁合金的強(qiáng)化方法一：?加工強(qiáng)化通過(guò)塑性變形（軋制、擠壓、鍛造、拉伸等）使合金獲得高強(qiáng)度的方法，稱為加工硬化。
塑性變形時(shí)增加位錯(cuò)密度是合金加工硬化的本質(zhì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，金屬?gòu)?qiáng)烈變形后，位錯(cuò)密度可由106根/cm2增至1012根/cm2以上。因?yàn)楹辖鹬形诲e(cuò)密度越大，繼續(xù)變形時(shí)位錯(cuò)在滑移過(guò)程中相互交割的機(jī)會(huì)越多，相互間的阻力也越大，因而變形抗力也越大，合金即被強(qiáng)化。
金屬材料加工強(qiáng)化的原因是：金屬變形時(shí)產(chǎn)生了位錯(cuò)不均勻分布，先是較紛亂地成群糾纏，形成位錯(cuò)纏結(jié)，隨變形量增大和變形溫度升高，由散亂分布位錯(cuò)纏結(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)榘麪顏喗Y(jié)構(gòu)組織，這時(shí)變形晶粒由許多稱為“胞”的小單元組成;高密度位錯(cuò)纏結(jié)集中在胞周圍形成包壁，胞內(nèi)則位錯(cuò)密度甚低。這些胞狀結(jié)構(gòu)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，使不能運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)數(shù)量劇增，以至需要更大的力才能使位錯(cuò)克服障礙而運(yùn)動(dòng)。變形越大，亞結(jié)構(gòu)組織越細(xì)小，抵抗繼續(xù)變形的能力越大，加工硬化效果越明顯，強(qiáng)度越高。由于產(chǎn)生亞結(jié)構(gòu)，故也稱亞結(jié)構(gòu)強(qiáng)化。
加工強(qiáng)化的程度因變形率、變形溫度及合金本身的性質(zhì)不同而異。同一種合金材料在同一溫度下冷變形時(shí)，變形率越大則強(qiáng)度越高，但塑性隨變形率的增加而降低。合金變形條件不同，位錯(cuò)分布亦有所不同。當(dāng)變形溫度較低(如冷軋)時(shí)，位錯(cuò)活動(dòng)性較差，變形后位錯(cuò)大多呈紊亂無(wú)規(guī)則分布，形成位錯(cuò)纏結(jié)，這時(shí)合金強(qiáng)化效果好，但塑性也強(qiáng)烈降低。當(dāng)變形溫度較高時(shí)，位錯(cuò)活動(dòng)性較大，并進(jìn)行交滑移，位錯(cuò)可局部集聚、糾結(jié)、形成位錯(cuò)團(tuán)，出現(xiàn)亞結(jié)構(gòu)及其強(qiáng)化，屆時(shí)強(qiáng)化效果不及冷變形，但塑性損失較少。
加工硬化或亞結(jié)構(gòu)強(qiáng)化在常溫時(shí)是十分有效的強(qiáng)化方法，適用于工業(yè)純鋁、固溶體型合金和熱處理不可強(qiáng)化的多相鋁合金，但在高溫時(shí)通常因回復(fù)和再結(jié)晶而對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)顯著變小。
某些鋁合金冷變形時(shí)能形成較好的織構(gòu)而在一定方向上強(qiáng)化，稱為織構(gòu)強(qiáng)化。
鋁合金的強(qiáng)化方法二?固溶強(qiáng)化合金元素固溶到基體金屬（溶劑）中形成固溶體時(shí)，合金的強(qiáng)度、硬度一般都會(huì)得到提高，稱為固溶強(qiáng)化。
所有可溶性合金化組元甚至雜質(zhì)都能產(chǎn)生固溶強(qiáng)化。特別可貴的是，對(duì)合金進(jìn)行固溶強(qiáng)化時(shí)，在強(qiáng)度、硬度得到提高的同時(shí)，塑性還能保持在良好的水平上，但僅用這一種方法不能獲得特別高的強(qiáng)度。
合金元素溶入基體金屬后，使基體金屬的位錯(cuò)密度增大，同時(shí)晶格發(fā)生畸變?；兯a(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)與位錯(cuò)周圍的彈性應(yīng)力場(chǎng)交互作用，使合金元素的原子聚集到位錯(cuò)線附近，形成所謂“氣團(tuán)”，位錯(cuò)要運(yùn)動(dòng)就必須克服氣團(tuán)的釘扎作用，帶著氣團(tuán)一起移動(dòng)，或者從氣團(tuán)中掙脫出來(lái)，因而需要更大的切應(yīng)力。另外，合金元素的原子還會(huì)改變固溶體的彈性系數(shù)、擴(kuò)散系數(shù)、內(nèi)聚力和原子的排列缺陷，使位錯(cuò)線變彎，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增大，包括位錯(cuò)與溶質(zhì)原子間的長(zhǎng)程交互作用和短程交互作用，從而使材料得到強(qiáng)化。
固溶強(qiáng)化作用大小取決于溶質(zhì)原子濃度、原子相對(duì)尺寸、固溶體類型、電子因素和彈性模量。一般來(lái)說(shuō)，溶質(zhì)原子濃度越高，強(qiáng)化效果越大；原子尺寸差別越大，對(duì)置換固溶體的強(qiáng)化效果亦可能越大；溶質(zhì)原子與鋁原子的價(jià)電子數(shù)相差越大，固溶強(qiáng)化作用亦越大；彈性模量大小的差異度越大，往往強(qiáng)化效果越好。
在采用固溶強(qiáng)化的合金化時(shí)，要挑選那些強(qiáng)化效果高的元素作為合金元素。但更重要的是要選那些在基體金屬中固溶度大的元素作為合金元素，因?yàn)楣倘荏w的強(qiáng)化效果隨固溶元素含量的增大而增加。只有那些在基體金屬中固溶度大的元素才能大量加入。例如，銅、鎂是鋁合金的主要合金元素；鋁、鋅是鎂合金的主要合金元素，都是因?yàn)檫@些元素在基體金屬中的固溶度較大的緣故。
進(jìn)行固溶強(qiáng)化時(shí)，往往采用多元少量的復(fù)雜合金化原則（即多種合金元素同時(shí)加入，但每種元素加入量少），使固溶體的成分復(fù)雜化，這樣可以使固溶體的強(qiáng)化效果更高，并能保持到較高的溫度。
鋁合金的強(qiáng)化方法三?過(guò)剩相強(qiáng)化過(guò)量的合金元素加入到基體金屬中去，一部分溶入固溶體，超過(guò)極限溶解度的部分不能溶入，形成過(guò)剩的第二相，簡(jiǎn)稱過(guò)剩相。過(guò)剩相對(duì)合金一般都有強(qiáng)化作用，其強(qiáng)化效果與過(guò)剩相本身的性能有關(guān)，過(guò)剩相的強(qiáng)度、硬度越高，強(qiáng)化效果越大。但硬脆的過(guò)剩相含量超過(guò)一定限度后，合金變脆，力學(xué)性能反而降低。此外，強(qiáng)化效果還與過(guò)剩相的形態(tài)、大小、數(shù)量和分布有關(guān)。第二相呈等軸狀、細(xì)小和均勻分布時(shí)，強(qiáng)化效果最好。第二相很大、沿晶界分布或呈針狀，特別是呈粗大針狀時(shí)，合金變脆，合金塑性損失大，而且強(qiáng)度也不高，常溫下不宜大量采用過(guò)剩強(qiáng)化，但高溫下的使用效果可以很好。另外，強(qiáng)化效果還與基體相與過(guò)剩相之間的界面有關(guān)。
過(guò)剩相強(qiáng)化與沉淀強(qiáng)化有相似之處，只不過(guò)沉淀強(qiáng)化時(shí)，強(qiáng)化相極為細(xì)小，彌散度大，在光學(xué)顯微鏡下觀察不到;而在利用過(guò)剩相強(qiáng)化合金時(shí)，強(qiáng)化相粗大，用光學(xué)顯微鏡的低倍即能清楚看到。過(guò)剩和強(qiáng)化在鋁合金中應(yīng)用廣泛，幾乎所有在退火狀態(tài)使用的兩相合金都應(yīng)用了過(guò)剩相強(qiáng)化?；蛘吒鼫?zhǔn)確地說(shuō)，是固溶強(qiáng)化與過(guò)剩相強(qiáng)化的聯(lián)合應(yīng)用。過(guò)剩相強(qiáng)化有時(shí)亦稱復(fù)相強(qiáng)化或異相強(qiáng)化。
鋁合金的強(qiáng)化方法四?彌散強(qiáng)化非共格硬顆粒彌散物對(duì)鋁合金的強(qiáng)化稱彌散強(qiáng)化。
為取得好的強(qiáng)化效果，要求彌散物在鋁基體中有低的溶解度和擴(kuò)散速率、高硬度（不可變形）和小的顆粒（0.1μm左右）。這種彌散物可用粉末冶金法制取或由高溫析出獲得，產(chǎn)生粉末冶金強(qiáng)化和高溫析出強(qiáng)化。
由彌散質(zhì)點(diǎn)引起的強(qiáng)化包括兩個(gè)方面:彌散質(zhì)點(diǎn)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的直接作用，彌散質(zhì)點(diǎn)為不可變形質(zhì)點(diǎn)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻后，必須繞越通過(guò)質(zhì)點(diǎn)，產(chǎn)生強(qiáng)化，彌散物越密集，強(qiáng)化效果就越好;彌散質(zhì)點(diǎn)影響最終熱處理時(shí)半成品的再結(jié)晶過(guò)程，部分或完全抑制再結(jié)晶（對(duì)彌散粒子的大小和其間距有一定要求），使強(qiáng)度提高。彌散強(qiáng)化對(duì)常溫或高溫下均適用，特別是粉末冶金法生產(chǎn)的燒結(jié)鋁合金，工作溫度可達(dá)350℃。彌散強(qiáng)化型合金的應(yīng)變不太均勻，在強(qiáng)度提高的同時(shí)，塑性損失要比固溶強(qiáng)化或沉淀強(qiáng)化的大。熔鑄冶金鋁合金中采用高溫處理，獲得彌散質(zhì)點(diǎn)使合金強(qiáng)化，越來(lái)越得到人們關(guān)注。在鋁合金中添加非常低的溶解度和擴(kuò)散速率的過(guò)渡族金屬和稀土金屬元素，如含Mn、Cr、Zr、Sc、Ti、V等，鑄造時(shí)快速冷卻，使這些元素保留在α(Al)固溶體中，隨后高溫加熱析出非常穩(wěn)定的0.5μm以下非共格第二相彌散粒子，即第二類質(zhì)點(diǎn)。其顯微硬度可大于5000MPa，使合金獲得彌散強(qiáng)化效果。
這些質(zhì)點(diǎn)一旦析出，很難繼續(xù)溶解或聚集，故有較大的彌散強(qiáng)化效果。以Al-Mg-Si系合金為例，加入不同量的過(guò)渡元素可使抗拉強(qiáng)度增加6%~29%，屈服強(qiáng)度提高最多，達(dá)52%。此外，彌散質(zhì)點(diǎn)阻止再結(jié)晶即提高再結(jié)晶溫度，使冷作硬化效果最大限度保留，尤以Zr和Sc提高Al的再結(jié)晶溫度最顯著。
鋁合金的強(qiáng)化方法五?沉淀強(qiáng)化從過(guò)飽和固溶體中析出穩(wěn)定的第二相，形成溶質(zhì)原子富集亞穩(wěn)區(qū)的過(guò)渡相的過(guò)程，稱為沉淀。
凡有固溶度變化的合金從單相區(qū)進(jìn)入兩相區(qū)時(shí)都會(huì)發(fā)生沉淀。鋁合金固溶處理時(shí)獲得過(guò)飽和固溶體，再在一定溫度下加熱，發(fā)生沉淀生成共格的亞穩(wěn)相質(zhì)點(diǎn)，這一過(guò)程稱為時(shí)效。由沉淀或時(shí)效引起的強(qiáng)化稱沉淀強(qiáng)化或時(shí)效強(qiáng)化。第二相的沉淀過(guò)程也稱析出，其強(qiáng)化稱析出強(qiáng)化。鋁合金時(shí)效析出的質(zhì)點(diǎn)一般為G.P區(qū)，共格或半共格過(guò)渡相，尺寸為0.001~0.1μm，屬第三類質(zhì)點(diǎn)。這些軟質(zhì)點(diǎn)有三種強(qiáng)化作用即應(yīng)變強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化和化學(xué)強(qiáng)化。時(shí)效強(qiáng)化的質(zhì)點(diǎn)在基體中均勻分布，使變形趨于均勻，因而時(shí)效強(qiáng)化引起塑性損失都比加工硬化、彌散強(qiáng)化和異相強(qiáng)化的要小。通過(guò)沉淀強(qiáng)化，合金的強(qiáng)度可以提高百分之幾十至幾百倍。因此，沉淀強(qiáng)化是Ag、Mg、Al、Cu等有色金屬材料常用的有效強(qiáng)化手段。
沉淀強(qiáng)化的效果取決于合金的成分、淬火后固溶體的過(guò)飽和度、強(qiáng)化相的特性、分布及彌散度以及熱處理制度等因素。強(qiáng)化效果最好的合金位于極限溶解度成分，在此成分下可獲得最大的沉淀相體積分?jǐn)?shù)。
鋁合金的強(qiáng)化方法六 晶界強(qiáng)化鋁合金晶粒細(xì)化，晶界增多，由于晶界運(yùn)動(dòng)的阻力大于晶內(nèi)且相鄰晶粒不同取向使晶粒內(nèi)滑移相互干涉而受阻，變形抗力增加，即合金強(qiáng)化。晶粒細(xì)化可以提高材料在室溫下的強(qiáng)度、塑性和韌性，是金屬材料最常用的強(qiáng)韌化方法之一。晶界上原子排列錯(cuò)誤，雜志腹肌
晶界上原子排列錯(cuò)亂，雜質(zhì)富集，并有大量的位錯(cuò)、孔洞等缺陷，而且晶界兩側(cè)的晶粒位向不同，所有這些都阻礙位錯(cuò)從一個(gè)晶粒向另一個(gè)晶粒的運(yùn)動(dòng)。晶粒越細(xì)，單位體積內(nèi)的晶界面積就越大，對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力也越大，因而合金的強(qiáng)度越高。晶界自身強(qiáng)度取決于合金元素在晶界處的存在形式和分布形態(tài)，化合物的優(yōu)于單質(zhì)原子吸附的，化合物為不連續(xù)、細(xì)小彌散點(diǎn)狀時(shí)，晶界強(qiáng)化效果最好。晶界強(qiáng)化對(duì)合金的塑性損失較少，常溫下強(qiáng)化效果好，但高溫下不宜采用晶界強(qiáng)化，因高溫下晶界滑移為重要形變方式，使合金趨向沿晶界斷裂。