钛合金的加工处理将控制工艺分成两个大板块为锻造工艺和热处理工艺。钛合金锻造工艺后的组织性能取决于热加工量、变形温度以及加工速率等。
1、锻造工艺
钛合金锻造的特点主要有：
黏性比较大、流动性差，而且磨具与材料之间的摩擦力会随挤压力增大迅速增大，因此在挤压拔制时添加润滑剂，如TC4钛合金热加工用无铅玻璃-陶瓷涂抹；对温度敏感，变形抗力高，温度降低流变应力升高速度超过钢；钛合金导热性比钢材差，在挤压拉拔时内外变形程度不均匀容易导致裂纹萌生。
2、热处理工艺
除少数钛合金系(如 Ti-Cu 系)，可以通过时效析出金属间化合物强化而影响组织性能。大多数钛合金是通过热处理控制 β 转变 α，合金成分尤其是 β 稳定性元素含量和冷速，对 β 相变有重要影响。合金从高温 β 相稳定区冷却下来，β 相发生 TTT 曲线的分解：当转变温度最高时，转变后组织是(α+β)相；当转变温度较高时，β 相转变为中间介稳定 ω 相，ω 相和未转变完的 β 相进一步转变为(α+β)相；当温度低时，β 相直接转变为均匀细小的ω 相 。适当的热处理可控制热处理工艺参数而获得所期望的显微组织，从而改善合金的组织力学性能。
α 相是不同冷却速度热处理工艺控制相变形成。快冷时，β 相发生无形核长
大过程，是发生无扩散切变式马氏体相变，生成六方α ' 相(针状及块状)及正交马氏体相；慢冷时，一般容易得到网篮组织，是含较高 β 相稳定元素的原因；冷速最慢时，α 相沿 β 相晶界析出，得到片层魏氏体组织。人们常通过淬火时效处理，得到细小的等轴 α 相和 β 转变相，初生 α 相的比例相对较高，这样可以得到较好的塑性。为了改善组织得到优异的性能，得经过适当的热处理。钛合金能进行退火、时效、化学热处理、形变热处理等 。
a 退火
退火均能应用在 α 型、近 α 型、α+β 型、近 β 型、亚稳定 β 型和 β 型钛合金。
通过退火可以消除内应力，提高合金的塑性和稳定组织。在确定退火温度时，应考虑到合金的再结晶、相变、加热、氧化和产品类型等。常见的退火有双重退火、再结晶退火和去应力退火等。退火保温的时间取决于工件的截面尺寸，退火的温度范围如图 1.2 所示。除退火温度外冷却速度是影响组织和性能的重要参数，冷却速度较慢时，容易得到 α+晶间 β 组织。退火速度对 β 相稳定元素很少的 α+β 相合金的组织性能影响很小。加热温度的高低直接对合金再结晶和相变程度产生影响，因此选择退火的方式就比较重要。双重退火：作用是改善塑性、断裂韧性和稳定组织。双重退火是对合金进行两次加热和空冷，退火后获得比较均匀和接近平衡状态，有的根据实际的需要，对合金进行三重退火，工艺类似于双重退火。
再结晶退火：为了消除加工硬化、稳定组织和提高塑性，这个过程中发生再结晶。α+β 相钛合金经过再结晶退火后，之前的变形晶粒转变为等轴晶粒，同时 α 相和 β相形态和数量组成上均发生变化；α+β 相退火的塑性明显升高，力学性能取决于晶粒尺寸、初生 α 相的数量以及再结晶程度。去应力退火：消除工件因冷变形、焊接和拔制等工艺工程中产生的内应力，避免应力腐蚀开裂的发生。
b 淬火时效
通过热处理方式，利用相变产生强化效果称为淬火时效。合金经过时效（强化处理）后的强化效果取决于合金的成分、热处理工艺规范以及原始组织。成分对热处理强化效果的影响：相同的淬火时效条件下，同一合金系，强化效果随合金浓度的增加而提高。时效强化效果随合金β元素含量越多以及淬火后亚稳 β 相的数量增多而越大。不同元素对热处理强化效果影响不同，稳定 β 相能力越强的元素临界浓度越低，热处理强化效果越大。热处理工艺对合金淬火时效强化效果的影响：淬火温度越高，时效强化效果越显著，当高于临界点Tβ淬火时，晶粒过分粗大导致脆性，因此除 β 型合金外，工业钛合金均采用两相区加热淬火。原始组织对热处理强化效果的影响：晶粒细小工件淬火时效后，强度及塑性比粗晶粒工件淬火时效后高；等轴 α 组织的合金热处理后塑性较高，针状 α 组织的合金热处理后塑性低。因此，控制淬火时效前合金的组织对淬火时效强化有重要作用。
c 化学热处理
钛合金在氧化介质中的耐腐蚀性较好，而在还原性介质中的耐蚀性很差。为了改善合金的耐蚀性，利用电镀、喷涂和化学处理等方法。化学处理包括渗碳、金、氧以及氮等元素，提高合金表明硬度、耐磨性和耐腐蚀性。渗氧的温度一般为 700℃～850℃，保温 2 到 10 小时，渗氧层厚度为 0.06～0.08mm。渗氮是在密封炉中进行，在温度为 850℃～950℃条件下保温 30～40h；或在氮气体中进行离子氮化。合金渗氮后硬度提高 2～4 倍，在耐磨和抗腐蚀方面得到大大的改善。
d 形变热处理
形变热处理形是将变形和热处理结合起来的一种处理方式。形变热处理这种处理方法可达到形变强化和热处理强化的效果，得到与单一强化方法所不能获取的组织与综合性能。形变热处理可以在再结晶温度以上进行或者再结晶温度以下进行，随后进行常规时效处理。蔡建明等人采用一种新的热机械处理工艺来细化 SP700 钛合金的晶粒，最后得到初生 α 相颗粒约 1～2μm，显著的提高了钛合金的强度以及塑性。这是因为在变形过程中，晶粒内部产生高密度位错和其他晶格缺陷得以保留到室温，并且使亚稳相得以组织细化；在随后处理中，作为析出相的形核位置，使析出相高度弥散，并均匀分布，显著提高塑性和强度。影响形变热处理效果的因素主要有：合金的成分、变形量、变形速率、保温温度、冷却速度和随后的处理规范等，形变热处理的工艺路线如图1。TC4 钛合金的等轴组织通常采用形变热处理方法获取，先对合金进行变形处理后立即水淬，然后进行球化处理细化晶粒。由于变形后水淬保留大量的晶体缺陷，结晶形核多，破碎的条状组织容易发生多边化和结晶以及球化，从而得到细小均匀的等轴组织。变形热处理之后的力学性能如表1列出，以 TC4 合金经形变热处理为例，从表中看出，塑性并没有随变形量增加而有所改善。
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