Titaniumlegeringen zijn legeringen op basis van titanium waaraan andere elementen zijn toegevoegd. Titanium heeft twee isomorfe kristallen: dicht opeengepakt hexagonaal α titanium onder 882°C en lichaamsgecentreerd kubisch β titanium boven 882°C.
Legeringselementen kunnen worden onderverdeeld in drie categorieën op basis van hun invloed op de faseovergangstemperatuur:
①De elementen die de α-fase stabiliseren en de faseovergangstemperatuur verhogen, zijn α-stabiliserende elementen, zoals aluminium, koolstof, zuurstof en stikstof. Onder hen is aluminium het belangrijkste legeringselement van een titaniumlegering, wat duidelijke effecten heeft op het verbeteren van de normale temperatuur en sterkte van de legering', waardoor het soortelijk gewicht wordt verminderd en de elasticiteitsmodulus wordt verhoogd.
②Het element dat de β-fase stabiliseert en de faseovergangstemperatuur verlaagt, is het β-stabiliserende element, dat in twee typen kan worden verdeeld: isomorf en eutectisch. De eerste omvat molybdeen, niobium, vanadium, enz.; de laatste omvat chroom, mangaan, koper, ijzer, silicium enzovoort.
③ De elementen die weinig invloed hebben op de faseovergangstemperatuur zijn neutrale elementen, zoals zirkonium en tin.
Zuurstof, stikstof, koolstof en waterstof zijn de belangrijkste onzuiverheden in titaniumlegeringen. Zuurstof en stikstof hebben een grotere oplosbaarheid in de α-fase, wat een aanzienlijk versterkend effect heeft op de titaniumlegering, maar het vermindert de plasticiteit. Gewoonlijk wordt bepaald dat het zuurstof- en stikstofgehalte in titanium respectievelijk 0,15-0,2% en 0,04-0,05% of minder is. De oplosbaarheid van waterstof in de α-fase is erg klein, en te veel waterstof opgelost in de titaniumlegering zal hydriden produceren, waardoor de legering bros wordt. In het algemeen wordt het waterstofgehalte in titaniumlegeringen onder 0,015% gehouden. Het oplossen van waterstof in titanium is omkeerbaar en kan worden verwijderd door vacuümgloeien.