Titaniumlegering er baseret på titanium og andre elementer. Der er to slags homogene krystaller af titanium: α titanium med tæt pakket sekskantet struktur under 882 ℃ og β titanium med kropscentreret kubisk struktur over 882 ℃.
Legeringselementer kan opdeles i tre typer alt efter deres indvirkning på transformationstemperaturen
① Elementerne, der stabiliserer α-fasen og øger faseovergangstemperaturen, er α-stabile elementer, herunder aluminium, kulstof, ilt og nitrogen. Aluminium er det vigtigste legeringselement i titaniumlegering, som har en åbenbar effekt på at forbedre styrken ved stuetemperatur og høj temperatur, reducere den specifikke tyngdekraft og øge den elastiske modul.
② Elementerne, der stabiliserer β-fasen og reducerer faseovergangstemperaturen, er β-stabile elementer, som kan opdeles i isomorfe og eutektoide former. Førstnævnte inkluderer molybdæn, niob og vanadium; sidstnævnte inkluderer krom, mangan, kobber, jern og silicium.
③ De elementer, der har ringe indflydelse på faseovergangstemperaturen, er neutrale elementer, såsom zirconium og tin.
Oxygen, nitrogen, kulstof og brint er de vigtigste urenheder i titanlegering. Oxygen og nitrogen har højere opløselighed i α-fase, hvilket kan styrke titaniumlegeringen betydeligt, men mindske plasticiteten. Generelt er indholdet af oxygen og nitrogen i titanium under henholdsvis 0,15-0,2% og 0,04-0,05%. Opløseligheden af hydrogen i α-fase er meget lille, for meget hydrogen opløst i titanlegering vil producere hydrid og gøre legeringen sprød. Generelt kontrolleres hydrogenindholdet i titaniumlegering under 0,015%. Opløsningen af brint i titan er reversibel og kan fjernes ved vakuumglødning.
