金属チタンは多くの優れた性能を持っている：チタンの比重は4.5 g/cm 3で、普通構造鋼の56%だけで、強度は普通構造鋼と同等かそれ以上で、金属構造材料の中で、チタンの比強度はZが高い。

チタンの融点は1668℃で、鉄、ニッケルの融点よりやや高く、アルミニウム、マグネシウムの融点より1000℃以上高い。そのため、軽金属構造材料として、チタン合金はアルミニウム、マグネシウム合金よりはるかに優れた熱強度を有し、使用温度は600℃に達する。       

チタンは酸化性雰囲気中で表面に酸素と堅固な酸化物薄膜を形成しやすく、酸化性酸、アルカリ、塩媒体、特に湿った塩素ガスと海水中で優れた耐食性を有する。　　

チタンは同素異性体の結晶構造を有し、885℃以上が密排六方格子のβ相、以下がチタン立方格子のα相である。そのため、異なる合金元素を添加すると、チタン合金はα、β、α+βの3つに分類することができる。チタンの同素異性体は、異なる合金元素を添加する際に性能の異なる合金と大きな熱処理効果を得ることができる。       

チタンの膨張係数は8.2×10−6/℃、一般的な構造金属より小さく、急冷急熱時の応力が小さく、温度変化の環境での使用に適している。           

チタンは優れた靭性と疲労耐性を持ち、溶接性能も優れている。チタンは低温性能が良く、-196℃でも低温脆性を示さず、これらの性能は構造運用に非常に適している。       

チタンの熱伝導率は小さく、磁気がなく、一部のチタン合金は超伝導性能、記憶性能、水素貯蔵性能などの機能も持っている。

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