הביצועים של סגסוגת טיטניום קשורים קשר בל יינתק למורפולוגיה המיקרו-מבנה שלה. ישנם ארבעה סוגים עיקריים של מיקרו-מבנים נפוצים, והמיקרו-מבנה תלוי בתהליך הטיפול בחום.
1) כאשר סגסוגת טיטניום TC4 מחוממת ב-970 מעלות, השלב אינו הופך לחלוטין לפאזה. המבנה מקורר התנור הוא שלב שווה ציר עם כמות קטנה של פאזה בגבולות התבואה; המבנה מקורר האוויר הוא שלב ראשוני ושלב אצילי. שלב; הן מבנים מקוררים בשמן והן מבנים מקוררים במים הם שלב מרטנזיט אצילי ושלב למלרי.
2) לאחר שסגסוגת הטיטניום TC4 מבודדת ב-1020 מעלות, המבנה מקורר התנור הוא שלב מסודר צפוף וגס, המבנה מקורר האוויר הוא שלב עבה וקצר, והמבנה מקורר השמן הוא שלב וקטן כמות השלב של מרטנזיט אצילי. המבנה המקורר במים הוא שלב דמוי מחט עדינה. ככל שטמפרטורת ההחזקה עולה ל-1100 מעלות ו-1200 מעלות, המבנים המקוררים בכבשן ומקורר האוויר נוטים להיות עבים יותר. מבנה מרטנזיט מתקבל במהלך קירור מים, וגודלו של מבנה מרטנזיט מושפע פחות משינויים בטמפרטורת ההחזקה.
3) הקשיות של סגסוגת טיטניום TC4 עולה עם העלייה בקצב הקירור של טיפול החום. כאשר הטמפרטורה נמוכה מטמפרטורת מעבר הפאזה (970 מעלות), ערך הקשיות לאחר בידוד וקירור נמוך יחסית; כאשר הטמפרטורה היא מעל 1020 מעלות, לטמפרטורה אין השפעה ברורה על הקשיות, וההבדל אינו גדול.
