TZM合金中微量的Ti和Zr在鉬晶粒中形成Mo-Ti、Mo-Zr固熔體和彌散的碳化物質點，使合金的力學性能明顯提高，其強化機理主要是Mo-Ti、Mo-Zr固溶體的固溶強化和碳化物質點的彌散強化。
固溶強化主要通過鉬基體裏溶解少量的Zr、Ti、C等元素，使鉬的晶格歪扭，溶劑元素的原子和溶質元素的原子尺寸差別因數越大，強化效果就越好，鋯和鉬的尺寸差別因數為+14.3，鈦和鉬的尺寸差別因數為+4.4，碳和鉬的尺寸差別因數為-34.5，因而鋯對鉬固溶強化效果比鈦好。
碳和鉬的尺寸因數相差雖然也較大，但由於碳在鉬中的溶解度太小，加上TZM合金中的碳含量很少(不超過0.04% )，而其中大部分碳還和鉬、鋯、鈦組成碳化物，同時碳還要發生還原反應，消耗一部分，因此TZM合金的固溶強化主要是指Mo-Ti、Mo-Zr固溶體強化。
在TZM合金中，Zr、Ti能夠和C生成TiC和ZrC質點，同時在合金中也存在一些ZrO質點，這些質點彌散的分佈在合金中，在發生形變時，能夠阻礙位錯移動，因此，對合金起到了彌散強化效果。
在對固溶強化和彌散強化的研究中，發現用Hf代替Ti具有更好的強化效果因此Mo-Ti-Hf合金成為研究的一個重點方向。Mo-Ti、Mo-Zr的固溶強化和彌散質點的彌散強化不僅改善了合金力學性能，同時也提高了合金的再結晶溫度。
再結晶溫度的提高，保證了TZM合金在高溫時仍有較高強度。有研究表明，TZM合金板在1 500℃時觀察其金相組織，發現晶粒是犬牙交錯的鋸齒形，組織結構緻密而均勻，晶粒內有細小的彌散質點起到彌散強化作用。純鉬的晶粒在1 200℃就會發生再結晶，由加工態纖維組織變為等軸狀組織，1 400℃時晶粒就明顯長大，並呈多邊形狀，晶界較平直。由此可見， TZM合金的再結晶溫度較純鉬提高了400℃左右。
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