टाइटेनियम मिश्र धातु अन्य तत्वों के साथ जोड़े गए टाइटेनियम पर आधारित मिश्र धातु हैं। टाइटेनियम में दो आइसोमोर्फिक क्रिस्टल होते हैं: 882 डिग्री सेल्सियस से नीचे बंद-पैक हेक्सागोनल α टाइटेनियम, और 882 डिग्री सेल्सियस से ऊपर शरीर-केंद्रित क्यूबिक β टाइटेनियम।
चरण संक्रमण तापमान पर उनके प्रभाव के अनुसार मिश्र धातु तत्वों को तीन श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है:
ऐसे तत्व जो α चरण को स्थिर करते हैं और चरण संक्रमण तापमान को बढ़ाते हैं, वे α स्थिर करने वाले तत्व होते हैं, जैसे एल्यूमीनियम, कार्बन, ऑक्सीजन और नाइट्रोजन। उनमें से, एल्यूमीनियम टाइटेनियम मिश्र धातु का मुख्य मिश्र धातु तत्व है, जिसका मिश्र धातु [जीजी] # 39; सामान्य तापमान और उच्च तापमान शक्ति में सुधार, विशिष्ट गुरुत्व को कम करने और लोचदार मापांक को बढ़ाने पर स्पष्ट प्रभाव पड़ता है।
जो तत्व β चरण को स्थिर करता है और चरण संक्रमण तापमान को कम करता है वह β-स्थिरीकरण तत्व है, जिसे दो प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है: आइसोमोर्फिक और यूटेक्टॉइड। पूर्व में मोलिब्डेनम, नाइओबियम, वैनेडियम, आदि शामिल हैं; उत्तरार्द्ध में क्रोमियम, मैंगनीज, तांबा, लोहा, सिलिकॉन और इतने पर शामिल हैं।
जिन तत्वों का चरण संक्रमण तापमान पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है, वे तटस्थ तत्व हैं, जैसे कि ज़िरकोनियम और टिन।
टाइटेनियम मिश्र धातुओं में ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, कार्बन और हाइड्रोजन मुख्य अशुद्धियाँ हैं। ऑक्सीजन और नाइट्रोजन में α चरण में अधिक घुलनशीलता होती है, जिसका टाइटेनियम मिश्र धातु पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है, लेकिन यह प्लास्टिसिटी को कम करता है। आमतौर पर यह निर्धारित किया जाता है कि टाइटेनियम में ऑक्सीजन और नाइट्रोजन सामग्री क्रमशः 0.15-0.2% और 0.04-0.05% या उससे कम है। α चरण में हाइड्रोजन की घुलनशीलता बहुत कम है, और टाइटेनियम मिश्र धातु में बहुत अधिक हाइड्रोजन घुलने से हाइड्राइड का उत्पादन होगा, जिससे मिश्र धातु भंगुर हो जाएगी। आम तौर पर, टाइटेनियम मिश्र धातुओं में हाइड्रोजन सामग्री 0.015% से नीचे नियंत्रित होती है। टाइटेनियम में हाइड्रोजन का विघटन प्रतिवर्ती है और इसे वैक्यूम एनीलिंग द्वारा हटाया जा सकता है।