试验用料920℃热轧的TC4钛合金棒料、热轧总变形率为80%左右，a+β/β相变点为980～990℃。将试样于1000℃、950℃、930℃、830℃加热保温1小时后分别进行空冷、水冷和炉冷。不同退火方式对显微组织和力学性能都有影响。
其中冷却速度对上述四个温度的显微组织和力学性能产生很大影响。当水冷时，1000℃、950℃和930℃处于平衡的β相成分均要发生马氏体转变，β相转变为马氏体a`针。在1000℃时表现出明显的魏氏体组织，其力学性能与1000℃空冷的数据相当。在950℃和930℃并水冷的试样上，显微组织与空冷时的特征相似，但等轴初生a相之间的是β+马氏体a`针。此时对应的综合性能最高，而且有比空冷组织更好的蠕变抗力。
830℃保温时平衡的β相成分已碰不到M线，但水冷后在晶间β相中也发现了十分细小的针状转变产物，仅能用电子显微镜分辨出来。但针状产物的结构尚未测得。此时抗拉强度和断面收缩率都很低。至于炉冷，由于试样冷却速度慢，在高温停留时间长，多型性转变进行的充分，所有的a相均变得粗大。1000℃炉冷后，在原始β晶粒内产生粗大的a相片和片间β相，在原始β晶界上还有条状a相形成的厚网，一般称为网篮状组织。950℃、930℃和830℃炉冷后，由于a相倾向于在原a相界面生核、长大，显微组织均为等轴a和晶间β相。在1000℃炉冷后的抗拉强度比空冷和水冷的低，拉伸塑性要高。在其它温度炉冷后的综合性能也均比水冷和空冷的低。
综上所述，为了使TC4钛合金得到最好的强度和塑性综合性能，同时又有好的蠕变抗力及断裂韧性，可采用在950℃保温1小时后空冷（或水冷）的退火工艺。为了便于随后的加工，冶金厂出厂时，TC4钛合金均采用在700～800℃保温1小时空冷的工艺。对于一些大尺寸锻件，为了保证性能的均匀性，有时采用炉冷的工艺。
