Titanlegeringer er legeringer basert på titan tilsatt andre grunnstoffer. Titan har to isomorfe krystaller: tettpakket sekskantet α-titan under 882 °C, og kroppssentrert kubisk β-titan over 882 °C.
Legeringselementer kan deles inn i tre kategorier i henhold til deres innflytelse på faseovergangstemperaturen:
①Elementene som stabiliserer α-fasen og øker faseovergangstemperaturen er α-stabiliserende elementer, som aluminium, karbon, oksygen og nitrogen. Blant dem er aluminium hovedlegeringselementet i titanlegering, som har åpenbare effekter på å forbedre legeringens normale temperatur og høytemperaturstyrke, redusere egenvekt og øke elastisitetsmodulen.
② Elementet som stabiliserer β-fasen og reduserer faseovergangstemperaturen er det β-stabiliserende elementet, som kan deles inn i to typer: isomorf og eutektoid. Førstnevnte inkluderer molybden, niob, vanadium, etc.; sistnevnte inkluderer krom, mangan, kobber, jern, silisium og så videre.
③ Elementene som har liten effekt på faseovergangstemperaturen er nøytrale elementer, som zirkonium og tinn.
Oksygen, nitrogen, karbon og hydrogen er de viktigste urenhetene i titanlegeringer. Oksygen og nitrogen har større løselighet i α-fasen, noe som har en betydelig styrkende effekt på titanlegeringen, men det reduserer plastisiteten. Det er vanligvis fastsatt at oksygen- og nitrogeninnholdet i titan er henholdsvis 0,15-0,2 % og 0,04-0,05 % eller mindre. Løseligheten til hydrogen i α-fasen er svært liten, og for mye hydrogen oppløst i titanlegeringen vil produsere hydrider, som vil gjøre legeringen sprø. Generelt er hydrogeninnholdet i titanlegeringer kontrollert under 0,015%. Oppløsningen av hydrogen i titan er reversibel og kan fjernes ved vakuumgløding.