Les alliages de molybdène produits industriellement peuvent être divisés en alliages de la série Mo-Ti-Zr, de la série Mo-W et de la série Mo-Re, ainsi que des alliages de la série Mo-Hf-C qui sont renforcés par précipitation avec des particules de carbure d'hafnium. L'alliage TZM a d'excellentes propriétés globales et est l'alliage de molybdène le plus largement utilisé. L'alliage TZC (Mo-1,25 Ti-0,15 Zr-0,15C) a une résistance à haute température et une température de recristallisation plus élevées que le TZM, mais il est difficile à traiter et son application est limitée.
Les alliages de molybdène présentent des inconvénients tels que la fragilité à basse température, la fragilité de soudage et l'oxydation à haute température, de sorte que leur développement est limité. Il est difficile d'améliorer la résistance à l'oxydation à haute température des alliages de molybdène par alliage. A l'heure actuelle, seuls des revêtements protecteurs sont utilisés pour améliorer ces performances. Le principal problème dans la recherche d'alliages de molybdène est d'améliorer la résistance à haute température et la température de recristallisation, et d'améliorer la plasticité à basse température du matériau. Le principal problème dans l'étude des matériaux en molybdène pur est d'améliorer la plasticité à basse température, c'est-à-dire de réduire sa température de transition plasticité-fragilisation.
Les principales méthodes de renforcement des alliages de molybdène sont le renforcement en solution solide, le renforcement par précipitation et l'écrouissage (voir renforcement des métaux). Le titane, le zirconium et l'hafnium sont les principaux éléments d'alliage du molybdène. L'influence des éléments d'alliage sur la dureté des barres laminées en molybdène est illustrée sur la figure de la page suivante. Le titane, le zirconium et le hafnium peuvent non seulement renforcer et maintenir la plasticité à basse température du matériau en solution solide, mais également former une phase de carbure stable et dispersée, ce qui améliore la résistance et la température de recristallisation du matériau.
Les impuretés interstitielles carbone, azote, en particulier l'oxygène, ont un impact important sur la température de transition plasticité-fragilisation. Leur solubilité dans le molybdène est extrêmement faible (pas plus de 1 ppm à température ambiante), et les éléments interstitiels en excès se répartissent sur les joints de grains sous forme de composés de molybdène, réduisant la résistance des joints de grains et provoquant une rupture fragile entre les grains. L'ajout de traces de bore à l'alliage de molybdène permet d'affiner les grains, de purifier les joints de grains et de modifier la morphologie des joints de grains, améliorant ainsi la plasticité du molybdène : l'ajout d'oligo-éléments tels que le fer et l'yttrium peut également améliorer la plasticité à basse température (voir interface). En 1955, G. Geach et J. Hughes ont découvert que le rhénium peut améliorer considérablement la plasticité du molybdène et du tungstène, et peut réduire la température de transition plasticité-fragilisation du molybdène à -200℃.