鈦合金的相變是鈦合金熱處理的基礎，為了改善鈦合金的性能，除采用合理的合金化外，還要配合適當的熱處理才能實現。鈦合金的熱處理種類較多，常用的有退火處理、時效處理、形變熱處理和化學熱處理等。
01
退火處理
退火適用于各種鈦合金，其主要目的是消除應力，提高合金塑性及穩定組織。退火的形式包括去應力退火、再結晶退火、雙重退火、等溫退火和真空退火等，鈦合金各種方式退火溫度范圍如圖1所示。
（1）去應力退火。為了消除鑄造、冷變形及焊接等工藝過程中產生的內應力，可采用去應力退火。去應力退火的溫度應低于再結晶溫度，一般為450~650℃，所需的時間取決于工件的截面尺寸、加工歷史及所需消除應力的程度。
（2）普通退火。其目的是使鈦合金半成品消除基本應力，并具有較高的強度和符合技術條件要求的塑性。退火溫度一般與再結晶開始溫度相當或略低，此種退火工藝一般冶金產品出廠時使用，所以又可以稱為工廠退火。
（3）完全退火。目的是完全消除加工硬化，穩定組織和提高塑性。這一過程主要發生再結晶，故亦稱再結晶退火。退火溫度最好介于再結晶溫度和相變溫度之間，如果超過了相變溫度會形成魏氏組織而使合金的性能惡化。對于各種不同種類的鈦合金，退火的類型、溫度和冷卻方式均不同。
（4）雙重退火。為了改善合金的塑性、斷裂韌性和穩定組織可采用雙重退火。退火后的合金組織更加均勻和接近平衡狀態。耐熱鈦合金為了保證在高溫及長期應力作用下組織和性能的穩定，常采用此類退火。雙重退火是對合金進行兩次加熱和空冷。第一次高溫退火加熱溫度高于或接近再結晶終了溫度，使再結晶充分進行，又不使晶粒明顯長大，并控制ap相的體積分數。空冷后組織還不夠穩定，需進行第二次低溫退火，退火溫度低于再結晶溫度，保溫較長時間，使高溫退火得到的亞穩β相充分分解。
（5）等溫退火。等溫退火可獲得最好的塑性和熱穩定性。此種退火適用于β穩定元素含量較高的雙相鈦合金。等溫退火采用分級冷卻的方式，即加熱至再結晶溫度以上保溫后，立即轉入另一較低溫度的爐中（一般600~650℃）保溫，而后空冷至室溫。
02
淬火處理
淬火時效是鈦合金熱處理強化的主要方式，利用相變產生強化效果，故又稱強化熱處理。鈦合金熱處理的強化效果決定于合金元素的性質、濃度及熱處理規范，因為這些因素影響合金淬火所得的亞穩定相的類型、成分、數量和分布，以及亞穩定相分解過程中析出相的本質、結構、彌散程度等，而這些又與合金的成分、熱處理工藝規范和原始組織有關。
對于成分一定的合金，時效強化效果取決于所選的熱處理工藝。淬火溫度越高，時效強化效果越明顯，但高于β轉變溫度淬火，由于晶粒過分粗大而導致脆性。對于濃度較低的兩相鈦合金可采用較高溫度淬火，以獲得更多的馬氏體，而濃度較高的兩相鈦合金則選用較低溫度淬火，以得到較多的亞穩β相，這樣可以獲得最大的時效強化效果。冷卻方式一般選用水冷或者油冷，淬火的過程要迅速，以防止β相在轉移過程中發生分解，降低時效強化效果。時效溫度和時間的選擇應以獲得最好的綜合性能為準則，一般α+β型鈦合金時效溫度為500~600℃，時間4~12h；而β型鈦合金的時效溫度為450~550℃，時間8~24h，冷卻方式均采用空冷。
03
形變熱處理
形變熱處理是將壓力加工（鍛、軋等）與熱處理工藝有效地結合起來，可同時發揮形變強化與熱處理強化的作用，得到與單一的強化方法所不能獲得的組織與綜合性能。常見的形變熱處理工藝如圖2所示。不同類型的形變熱處理按照變形溫度與再結晶溫度和相轉變溫度的關系進行分類，按變形溫度分為:
(a)高溫形變熱處理；(b)低溫形變熱處理
1-加熱；2-水冷；3-時效；4-高或低溫變形；tβ-β相變點；t再-再結晶溫度
（1）高溫形變熱處理。加熱到再結晶溫度以上，變形40%~85%后迅速淬火，再進行常規的時效熱處理。
（2）低溫形變熱處理。在再結晶溫度以下進行變形50%左右，隨后再進行常規的時效處理。
（3）復合形變熱處理。將高溫形變熱處理和低溫形變熱處理結合起來的一種工藝。
04
化學熱處理
鈦合金的摩擦系數較大，耐磨性差(一般比鋼約低40%)，在接觸表面上容易
產生黏結，引起摩擦腐蝕。在氧化介質中鈦合金的耐腐蝕性較強，但在還原介質(鹽酸、硫酸等)中的抗腐蝕性較差。為了改善這些性能，可采用電鍍、噴涂和化學熱處理(滲氮、滲氧等)等方法。滲氮后的氮化層硬度比未氮化時表層高2~4倍，因而明顯提高合金的耐磨性，同時還改善合金在還原性介質中的抗蝕性；滲氧可將合金耐蝕性提高7~9倍，但合金的塑性和疲勞強度會有不同程度的損失。
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