晶粒细化的溶质效应已经获得了广泛认可,单一溶质的作用已有多种参数,如成分过冷参数、生长限制因子和生长限制参数,可预测溶质与晶粒细化效果的关系。但是使用微量溶质元素难以达到晶粒细化的最佳效果。另外,实际应用的合金存在多种溶质,多元溶质的细晶效果虽然已有一定研究,但仍未形成统一认识,这主要是由于溶质之间的相互作用比较复杂:其作用存在不同程度的吸引和排斥作用,作用程度依赖于溶质的种类和含量。因此,多元溶质的交互作用与晶粒细化的关联有待深入研究并系统揭示,利用微量溶质交互作用设计显著细化晶粒的成分同样重要。故本文以广泛应用的Ni和Fe为研究对象,加入具有强结合力的C和Ti元素,利用溶质交互作用来抑制晶粒生长,研究其细化效果和机理。采用真空电弧熔炼法制备合金试样,利用OM、SEM、EDS等手段分析合金的微观组织、成分分布以及相结构,并对其硬度和拉伸性能进行测试。得出主要结论如下:纯Ni凝固组织由粗大的柱状晶组成,添加C和Ti元素后,发生明显的柱状晶向等轴晶转变以及晶粒细化。其原因是C和Ti元素之间具有较强的相互吸引力,减缓了界面前沿溶质的扩散,导致更多的溶质元素在固液界面前沿富集,产生强烈的成分过冷,抑制了晶粒生长。纯Fe的凝固组织由等轴晶组成,晶粒尺寸为99.5μm。在纯Fe中添加C和Ti元素后,平均晶粒尺寸逐渐减小。当超过0.5 at.%后,晶界会有析出物存在。低于的时候,未在晶界上观察到析出物。当添加量为0.4 at.%时,平均晶粒尺寸是23.2μm,减小了76.7%。铸态合金的强度随着C和Ti元素的增加而增大,但是塑性的损失也随之增大。本文利用溶质间的交互作用细化Ni和Fe的凝固组织,与添加单一溶质相比,溶质添加量少,可实现微合金化显著细化晶粒的目的。