"ژن" عملکرد شمش تیتانیوم در مرحله طراحی آلیاژی آنها تعیین شده است.
با توجه به فازهای پایدار در دمای اتاق، آلیاژهای تیتانیوم به طور عمده به نوع آلفا، نوع نزدیک آلفا، نوع (آلفا + بتا) و نوع بتا تقسیم می شوند. عنصر تثبیت کننده آلفا آلومینیوم (Al) می تواند به طور قابل توجهی استحکام و استحکام حرارتی آلیاژها را بهبود بخشد. عناصر پایدار - مانند مولیبدن (Mo)، وانادیم (V)، کروم (Cr) و غیره می توانند سختی پذیری را افزایش داده و توانایی تقویت عملیات حرارتی را بهبود بخشند. کلاسیک ترین آلیاژ TC4 (Ti-6Al-4V) از طریق اثر هم افزایی آلومینیوم و وانادیم به تعادل کاملی از استحکام بالا، چقرمگی خوب، قابلیت پردازش عالی و مقاومت در برابر خوردگی دست می یابد. استفاده از آن بیش از نیمی از مواد تیتانیوم را تشکیل می دهد. هسته دیگر طراحی آلیاژ، کنترل دقیق عناصر بینابینی مانند اکسیژن (O)، نیتروژن (N) و هیدروژن (H) است. اکسیژن یک تقویت کننده طبیعی است، اما مقادیر بیش از حد آن می تواند به سرعت به چقرمگی و عملکرد خستگی مواد آسیب برساند. هیدروژن یک "سم" است که باید تا حد امکان حذف شود تا از شکنندگی هیدروژن جلوگیری شود. بنابراین، آلیاژسازی شمشهای تیتانیوم یک علم دقیق است که شامل متعادلسازی و کنترل بسیار دقیق نسبت عنصر آلیاژی اصلی و محتوای عنصر ناخالصی تحت هدایت نمودارهای فاز چند متغیره، به منظور «سفارشیسازی» موادی است که شرایط خدمات خاص را برآورده میکنند.
