Các 'gen' hiệu suất của thỏi titan đã được xác định trong giai đoạn thiết kế hợp kim của chúng.
Theo các pha ổn định ở nhiệt độ phòng, hợp kim titan chủ yếu được chia thành loại alpha, loại gần alpha, loại (alpha + beta) và loại beta. Nhôm nguyên tố ổn định alpha (Al) có thể cải thiện đáng kể độ bền và độ bền nhiệt của hợp kim; - các nguyên tố ổn định như molypden (Mo), vanadi (V), crom (Cr), v.v. có thể tăng cường độ cứng và cải thiện khả năng tăng cường xử lý nhiệt. Hợp kim TC4 (Ti-6Al-4V) cổ điển nhất đạt được sự cân bằng hoàn hảo giữa độ bền cao, độ dẻo dai tốt, khả năng xử lý tuyệt vời và khả năng chống ăn mòn thông qua tác dụng hiệp đồng của nhôm và vanadi. Việc sử dụng nó chiếm hơn một nửa tổng số vật liệu titan. Một cốt lõi khác của thiết kế hợp kim là kiểm soát chặt chẽ các nguyên tố xen kẽ như oxy (O), nitơ (N) và hydro (H). Oxy là chất tăng cường tự nhiên, nhưng lượng quá nhiều có thể nhanh chóng làm hỏng độ bền và đặc tính mỏi của vật liệu; Hydro là một "chất độc" cần phải được loại bỏ càng nhiều càng tốt để ngăn ngừa sự giòn của hydro. Do đó, việc hợp kim các thỏi titan là một khoa học chính xác bao gồm việc cân bằng và kiểm soát cực kỳ chính xác tỷ lệ nguyên tố hợp kim chính và hàm lượng nguyên tố tạp chất theo hướng dẫn của sơ đồ pha đa biến, nhằm "tùy chỉnh" vật liệu đáp ứng các điều kiện sử dụng cụ thể.
