根據鈦合金熱處理的組織，可把鈦分為三大類：全部α相、全部β相和α+β相。其符號分別以TA、TB、TC表示。為了進一步提高鈦的性能，常常加入合金元素進行強化。主要元素有Al、Sn、V、Cr、Mo、Mn等。

(1)α鈦合金TA。α鈦合金的主要合金元素是鋁。這種合金具有很好的強度和韌性、熱穩定性、焊接性和鑄造性，抗氧化能力較好，塑性較低、熱強性很好，可以在500℃左右長期工作。α鈦合金的熱處理一般是退火，可用來制造飛機渦輪機殼等。

(2)β鈦合金TB。這種合金一般加入Mo、V、Cr、Al等合金元素，強度較高、韌性好，經淬火和時效處理后，析出彌散的α相，強度進一步提高，主要用于制造高強度板材和復雜形狀零件。

(3)α+β鈦合金TC。主要加入Al，也加入Mn、Cr、V等，兼有上述兩類合金的優點，即塑性好、熱強性好（可在400℃長期工作）、耐海水腐蝕能力很強，生產工藝簡單，可通過淬火和時效處理進行強化，主要應用于飛機壓氣機盤和葉片、艦艇耐壓殼體、大尺寸鍛件、模鍛件等。

鈦合金還具有良好的低溫工作性能。例如，TC4（Ti-6A1-4V）在-196℃以下仍然具有良好的韌性，用于制造低溫高壓容器，如火箭及導彈的液氫燃料箱等。鈦合金應用于高、低溫工作條件下的結構材料，其發展前景非常廣闊。

鈦合金的熱處理與鋼的熱處理相似，主要有以下兩種方式。

1、退火

退火有去應力退火和高溫退火兩種。

(1)去應力退火。去應力退火一般在再結晶溫度以下進行，以消除機械加工以及焊接所引起的內應力。大多數鈦合金的去應力退火溫度為450～650℃，保溫2～12h后空冷。

(2)高溫退火。高溫退火在再結晶溫度以上進行，以消除加工硬化和穩定組織。鈦合金的高溫退火溫度為650～850℃，冷卻速度取決于鈦合金的種類。

2、淬火和時效

鈦合金在高溫β相區淬火，可獲得馬氏體，經時效處理后可顯著提高合金的強度，降低塑性。鈦合金的時效溫度為450～600℃，主要適用于β鈦合金。

鈦合金還可以進行氮化、滲碳等處理，以提高合金零件的耐磨性和疲勞強度。