آلیاژهای تیتانیوم بر پایه تیتانیوم هستند که خواص آنها با افزودن عناصر آلیاژی تنظیم می شود. سیستم ترکیب شیمیایی به طور مستقیم ترکیب فاز و ویژگی های ماکروسکوپی ماده را تعیین می کند. تیتانیوم عنصر اساسی آلیاژهای تیتانیوم است که معمولاً بیش از 50٪ را تشکیل می دهد و در برخی آلیاژهای تیتانیوم با خلوص بالا می تواند از 90٪ تجاوز کند.
آلومینیوم یکی از رایج ترین عناصر آلیاژی مورد استفاده در آلیاژهای تیتانیوم است که در درجه اول برای تثبیت فاز در آلیاژهای تیتانیوم استفاده می شود. تحت شرایط دمای بالا، Al میتواند رشد دانهها را در آلیاژهای تیتانیوم کند کند، خلوص مناطق مرزی دانه را بهبود بخشد و در نتیجه خواص مکانیکی کلی مواد را افزایش دهد. در طول پردازش آلیاژهای تیتانیوم، Al میتواند جعلپذیری مواد را افزایش دهد که برای شکلدهی و درمان بعدی مواد مفید است.
وانادیوم یک عنصر کلیدی تثبیت کننده فاز در آلیاژهای تیتانیوم است. V می تواند استحکام کششی و سختی آلیاژهای تیتانیوم را افزایش داده و عملکرد آنها را در طول فرآیندهای برشکاری و کار گرم بهبود بخشد. در عین حال، V توانایی پالایش دانه ها، بهینه سازی ریزساختار آلیاژ، بهبود مقاومت حرارتی و مقاومت در برابر خوردگی آلیاژهای تیتانیوم و بهبود عملکرد کلی را دارد.
مولیبدن همچنین یک -عنصر سازنده فاز در آلیاژهای تیتانیوم است که می تواند استحکام کششی، محدودیت تسلیم و سختی آلیاژهای تیتانیوم را به میزان قابل توجهی بهبود بخشد، تا حدی چقرمگی آنها را افزایش دهد، مقاومت به خوردگی آنها را در محیط های سخت (مانند دمای بالا، اسیدهای قوی و قلیایی های قوی) افزایش دهد و مقاومت در برابر سایش آنها را بهبود بخشد. در عین حال، مقدار مناسبی از مو میتواند ماشینکاری و جوشپذیری آلیاژهای تیتانیوم را افزایش دهد.
علاوه بر عناصر فلزی اصلی ذکر شده، آلیاژهای تیتانیوم حاوی عناصر ناخالصی مانند اکسیژن (O)، نیتروژن (N)، کربن (C) و هیدروژن (H) هستند. محتوای این عناصر در آلیاژهای تیتانیوم باید به شدت کنترل شود، زیرا مقادیر بیش از حد می تواند منجر به کاهش عملکرد آلیاژ شود. به عنوان مثال، O و N حلالیت بالایی در فاز دارند که می تواند باعث اعوجاج شبکه و افزایش استحکام آلیاژ شود، اما در عین حال می توانند چقرمگی آلیاژ را نیز کاهش دهند.
