為了選擇合理的退火工藝，我們首先觀察加熱溫度和冷卻方式對TC4鈦合金顯微組織和力學性能的影響。
試驗用料920℃熱軋的TC4鈦合金棒料、熱軋總變形率為80%左右，a+β/β相變點為980～990℃。將試樣于1000℃、950℃、930℃、830℃加熱保溫1小時后分別進行空冷、水冷和爐冷。不同退火方式對顯微組織和力學性能都有影響。
其中冷卻速度對上述四個溫度的顯微組織和力學性能產生很大影響。當水冷時，1000℃、950℃和930℃處于平衡的β相成分均要發生馬氏體轉變，β相轉變為馬氏體a`針。在1000℃時表現出明顯的魏氏體組織，其力學性能與1000℃空冷的數據相當。在950℃和930℃并水冷的試樣上，顯微組織與空冷時的特征相似，但等軸初生a相之間的是β+馬氏體a`針。此時對應的綜合性能最高，而且有比空冷組織更好的蠕變抗力。830℃保溫時平衡的β相成分已碰不到M線，但水冷后在晶間β相中也發現了十分細小的針狀轉變產物，僅能用電子顯微鏡分辨出來。但針狀產物的結構尚未測得。此時抗拉強度和斷面收縮率都很低。至于爐冷，由于試樣冷卻速度慢，在高溫停留時間長，多型性轉變進行的充分，所有的a相均變得粗大。1000℃爐冷后，在原始β晶粒內產生粗大的a相片和片間β相，在原始β晶界上還有條狀a相形成的厚網，一般稱為網籃狀組織。950℃、930℃和830℃爐冷后，由于a相傾向于在原a相界面生核、長大，顯微組織均為等軸a和晶間β相。在1000℃爐冷后的抗拉強度比空冷和水冷的低，拉伸塑性要高。在其它溫度爐冷后的綜合性能也均比水冷和空冷的低。
綜上所述，為了使TC4鈦合金得到最好的強度和塑性綜合性能，同時又有好的蠕變抗力及斷裂韌性，可采用在950℃保溫1小時后空冷（或水冷）的退火工藝。為了便于隨后的加工，冶金廠出廠時，TC4鈦合金均采用在700～800℃保溫1小時空冷的工藝。對于一些大尺寸鍛件，為了保證性能的均勻性，有時采用爐冷的工藝。
