钛合金淬火和时效热处理的目的是提高钛合金的强度和硬度。α钛合金和含β稳定化元素较少的（α+β）钛合金，自β相区淬火时，发生无扩散型的马氏体转变r→α′。α′为B稳定化元素在α-Ti中的过饱和固溶体。α′马氏体与α的晶体结构相同，具有密排六方晶格。α′硬度低、塑性好，是一种不平衡组织，加热时效时分解成α相和β相的混合物，强度、硬度升高。

β钛合金和含稳定化元素较多的（α+β）钛合金，淬火后β相变成介稳定的β相，加热时效时，介稳定β相析出弥散的α相，使合金的强度和硬度提高。

α钛合金一般不进行淬火和时效处理，3钛合金和（α+β）钛合金可进行淬火时效处理提高强度、硬度。

钛合金的淬火温度一般选在α+β两相区的上部范围，淬火后部分α保留下来，细小的β相变成介稳定β相或α′相或两者均有（决定于β稳定化元素的含量），经时效后可获得好的综合力学性能。假如加热到β单相区，β晶粒极易长大，则热处理后的韧性很低。一般淬火温度为760~950℃，保温时间5~60min，水中冷却。

钛合金的时效温度一般在450~550℃之间，时间为几小时至几十小时。钛合金热处理加热时应防止污染和氧化，并严防过热。β晶粒长大后，无法用热处理方法挽救。