La producción de aleaciones con alta resistencia y tenacidad simultáneamente sigue siendo un desafío difícil. Aquí, diseñamos un sistema de tratamiento térmico de envejecimiento por solución simple para controlar la morfología y densidad de alfa en Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si a través de diferentes temperaturas de tratamiento térmico. Los resultados experimentales muestran que Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si exhibe una combinación sinérgica de resistencia a la tracción (1364 MPa), plasticidad (7.8% de elongación) y tenacidad a la fractura (101 MPa·m1/2) a través de soluciones en la región bifásica alfa/beta y envejecimiento dúplex. Notablemente, la resistencia de la aleación después del segundo paso del proceso de envejecimiento aumenta en un 15% en comparación con la del primer paso del proceso de envejecimiento. Sin embargo, hay una reducción de menos del 5% en la tenacidad a la fractura. Observaciones de TEM muestran que la matriz continúa precipitando alfa secundaria más densa durante el envejecimiento dúplex, lo que provoca un aumento significativo en la resistencia y debilita la tenacidad a la fractura. Nuestro trabajo puede proporcionar un método novedoso para optimizar las propiedades mecánicas de las aleaciones controlando los precipitados.