经过时效热处理，从奥氏体基体中析出一些相使高温合金强化。因为这些相是从基体中析出的，因此有时称为第二相或沉淀相，所以时效强化又称为第二相强化或沉淀强化。用固溶强化手段设置位错运动障碍是不够稳定的，其强化效果也不够强烈。为了更有效地阻碍位错运动，就要利用稳定的障碍物，高温合金通常采用固态析出的时效相，如γ’、γ’’和碳化物(见高温合金材料的间隙相、高温合金材料的金属间化合物相)等作为稳定的障碍物。
从位错理论出发，时效强化效应是和位错与析出相的交互作用密切相关的。运动着的位错与析出相遇时，其机械障碍作用有4种情况：(1)应力场障碍。时效相析出时会在基体中产生应力场，特别当时效相与基体具有共格关系时，可以产生很高的弹性应力场。(2)位错攀移析出相克服障碍。(3)位错绕过析出相的障碍。位错线在靠近析出相颗粒时受阻变弯，位错线绕过析出相并在其周围留下位错环后才能继续向前运动，这是有名的欧罗万(orowan)机制。(4)位错切割析出相的障碍。位错切割析出相时，增加了它与基体之间的界面而需要做功。如果析出相为有序结构时，当位错切过时会在有序结构中产生反相畴界而需要做功。
γ’相是高温合金中最重要的时效强化相。随着7，相数量增加，强化效果增加。在镍基高温合金中，7，相的数量能达到60％～65％；而铁基高温合金中只能达到20%左右。铁基高温合金中γ’相的合适尺寸是0.01～0.05μm，通常呈球形。镍基高温合金中应使γ，相的平均间距保持在0.05μm左右；当γ’相含量超过40%时，γ’相间距对强化不敏感，此时γ’相可以达到很大尺寸(0.2μm左右)，形貌为立方体形。
