Hiệu suất của hợp kim titan gắn bó chặt chẽ với hình thái cấu trúc vi mô của nó. Có bốn loại cấu trúc vi mô phổ biến chính và cấu trúc vi mô phụ thuộc vào quá trình xử lý nhiệt.
1) Khi hợp kim titan TC4 được nung nóng ở 970 độ, pha không chuyển hoàn toàn thành pha. Cấu trúc làm nguội bằng lò là pha đẳng trục với một lượng nhỏ pha ở ranh giới hạt; cấu trúc làm mát bằng không khí là pha sơ cấp và pha hình kim. Giai đoạn; cả cấu trúc làm mát bằng dầu và làm mát bằng nước đều là pha martensite hình kim và pha lamellar.
2) Sau khi hợp kim titan TC4 được cách nhiệt ở 1020 độ, cấu trúc làm mát bằng lò là pha thô và được bố trí dày đặc, cấu trúc làm mát bằng không khí là pha dày và ngắn, còn cấu trúc làm mát bằng dầu là pha và pha nhỏ lượng pha martensite hình kim. Cấu trúc làm mát bằng nước là một pha 'hình kim' mịn. Khi nhiệt độ giữ tăng lên 1100 độ và 1200 độ, các cấu trúc làm mát bằng lò và làm mát bằng không khí có xu hướng trở nên dày hơn. Cấu trúc martensite thu được trong quá trình làm mát bằng nước và kích thước của cấu trúc martensite ít bị ảnh hưởng bởi những thay đổi về nhiệt độ giữ.
3) Độ cứng của hợp kim titan TC4 tăng lên khi tăng tốc độ làm mát xử lý nhiệt. Khi nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ chuyển pha (970 độ), giá trị độ cứng sau khi cách nhiệt và làm mát tương đối thấp; khi nhiệt độ trên 1020 độ, nhiệt độ không ảnh hưởng rõ rệt đến độ cứng và sự khác biệt không lớn.
