TZM合金中微量的Ti和Zr在钼晶粒中形成Mo-Ti、Mo-Zr固熔体和弥散的碳化物质点，使合金的力学性能明显提高，其强化机理主要是Mo-Ti、Mo-Zr固溶体的固溶强化和碳化物质点的弥散强化。
固溶强化主要通过钼基体里溶解少量的Zr、Ti、C等元素，使钼的晶格歪扭，溶剂元素的原子和溶质元素的原子尺寸差别因子越大，强化效果就越好，锆和钼的尺寸差别因子为+14.3，钛和钼的尺寸差别因子为+4.4，碳和钼的尺寸差别因子为-34.5，因而锆对钼固溶强化效果比钛好。
碳和钼的尺寸因子相差虽然也较大，但由于碳在钼中的溶解度太小，加上TZM合金中的碳含量很少(不超过0.04% )，而其中大部分碳还和钼、锆、钛组成碳化物，同时碳还要发生还原反应，消耗一部分，因此TZM合金的固溶强化主要是指Mo-Ti、Mo-Zr固溶体强化。
在TZM合金中，Zr、Ti能够和C生成TiC和ZrC质点，同时在合金中也存在一些ZrO质点，这些质点弥散的分布在合金中，在发生形变时，能够阻碍位错移动，因此，对合金起到了弥散强化效果。
在对固溶强化和弥散强化的研究中，发现用Hf代替Ti具有更好的强化效果因此Mo-Ti-Hf合金成为研究的一个重点方向。Mo-Ti、Mo-Zr的固溶强化和弥散质点的弥散强化不仅改善了合金力学性能，同时也提高了合金的再结晶温度。
再结晶温度的提高，保证了TZM合金在高温时仍有较高强度。有研究表明，TZM合金板在1 500℃时观察其金相组织，发现晶粒是犬牙交错的锯齿形，组织结构致密而均匀，晶粒内有细小的弥散质点起到弥散强化作用。纯钼的晶粒在1 200℃就会发生再结晶，由加工态纤维组织变为等轴状组织，1 400℃时晶粒就明显长大，并呈多边形状，晶界较平直。由此可见， TZM合金的再结晶温度较纯钼提高了400℃左右。
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