为了满足航天航空构件的综合性能要求，除了合金化设计之外，通过热处理进行微观组织结构控制是发挥其性能潜能、满足应用要求的关键步骤。针对具体的航天器件，需要对其实施特定的热处理工艺。
（1）铝合金。结合铝合金的热变形过程对晶粒组织和析出相进行全程控制是铝合金热加工工艺发展的重要方向。通过轧制、挤压等热变形工艺实现晶粒细化和织构优化是铝合金细晶强韧化处理的有效手段。将蠕变与时效紧密结合同时实现成形与组织控制的时效成形技术很好地契合了复杂壁板整体、高效、可靠制造的综合要求，成为大飞机承载壁板的首选制造技术。此外，针对大型锻件难于实施传统时效的问题，已开发出非等温时效技术，保证了飞机尾翼梁等大型整体锻件的可靠处理。
（2）钛合金。钛合金在热变形及热处理的过程中组织结构演变行为非常复杂，而组织的差异对钛合金的成形性能和服役性能的影响非常显著，因此钛合金的热处理多与热加工工艺紧密结合，一体考虑。近β态锻造、等轴化处理等关键技术的发展体现了成形与组织控制一体化考虑的热处理思路。
（3）高温合金。镍基高温合金的热加工工艺研究主要集中在δ相锻造、表面晶粒细化工艺等方面。目前广泛应用的热处理工艺，在时效处理前多经过1050~1100℃中间处理。中间处理的主要作用是在晶界析出γ膜以改善晶界状态，与此同时有的合金还析出一些颗粒较大的γ相，与时效处理时析出的细小γ相形成合理搭配。
（4）超高强度钢。用来提高超高强度钢强度和韧性的新技术在不断发展，主要有以下几种：一、奥氏体加工：在马氏体相变前对介稳定奥氏体做中温加工。高位错密度的变形奥氏体遗传给马氏体，提高强度而保持韧性不降低。二、诱发相变：在奥氏体-马氏体相变过程中加工，形变诱发马氏体转变，提高强度和断裂韧性。三、马氏体加工：在马氏体相变时通过加工变形获得微细的马氏体，与时效处理一起提高钢的强度，并保持一定的韧性。四、未再结晶固溶处理：在固溶结束、重新结晶未开始的温度区间，对细晶奥氏体进行加工变形，使之转变成取向紊乱、微细、短小的马氏体，以提高强度和韧性。
（5）金属间化合物。对于金属间化合物，在保证强度的同时，如何获得高的伸长率是材料设计者所追求的目标。例如，TiAl基合金室温脆性很大，鉴于常规热处理方法很难得到细晶组织，近年来开发了多种新的TiAl合金的热处理工艺。一种方法是在TiAl合金中引入高温β相。合金加热到α+β相区而不是α单相区，通过β相钉扎抑制α晶粒长大，然后控制冷却，最终控制晶粒尺寸。一种方法是循环热处理，得到细小的等轴组织，细晶双态组织及细小均匀的全层片组织。(一员)
