鈦合金淬火和時效熱處理的目的是提高鈦合金的強度和硬度。α鈦合金和含β穩定化元素較少的（α+β）鈦合金，自β相區淬火時，發生無擴散型的馬氏體轉變r→α′。α′為B穩定化元素在α-Ti中的過飽和固溶體。α′馬氏體與α的晶體結構相同，具有密排六方晶格。α′硬度低、塑性好，是一種不平衡組織，加熱時效時分解成α相和β相的混合物，強度、硬度升高。

β鈦合金和含穩定化元素較多的（α+β）鈦合金，淬火后β相變成介穩定的β相，加熱時效時，介穩定β相析出彌散的α相，使合金的強度和硬度提高。

α鈦合金一般不進行淬火和時效處理，3鈦合金和（α+β）鈦合金可進行淬火時效處理提高強度、硬度。

鈦合金的淬火溫度一般選在α+β兩相區的上部范圍，淬火后部分α保留下來，細小的β相變成介穩定β相或α′相或兩者均有（決定于β穩定化元素的含量），經時效后可獲得好的綜合力學性能。假如加熱到β單相區，β晶粒極易長大，則熱處理后的韌性很低。一般淬火溫度為760~950℃，保溫時間5~60min，水中冷卻。

鈦合金的時效溫度一般在450~550℃之間，時間為幾小時至幾十小時。鈦合金熱處理加熱時應防止污染和氧化，并嚴防過熱。β晶粒長大后，無法用熱處理方法挽救。