The Effect of TiC on the Microstructure and Properties of Ni-based Alloys

ZHANG Yongsheng; ZHU Gen; QI Shiming; ZHANG Haiyan; HU Shichang; HUANG Zhiquan; GAO Zhanqi

doi:10.7512/j.issn.1001-2303.2026.01.04

Welding Material | Views : 0 下载量: 0 CSCD: 0

PDF
Export
Share
Collection
Album

The Effect of TiC on the Microstructure and Properties of Ni-based Alloys
Vol. 56, Issue 1, Pages: 27-34(2026)
Received：24 February 2025，

Revised：2025-05-06，

Published：20 January 2026
DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2026.01.04
稿件说明：

移动端阅览

张永生，朱根，齐士明，等.TiC对Ni基合金微观组织及性能的影响［J］.电焊机，2026，56（1）：27-34. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2026.01.04.

ZHANG Yongsheng, ZHU Gen, QI Shiming, et al.The Effect of TiC on the Microstructure and Properties of Ni-based Alloys[J].Electric Welding Machine, 2026, 56(1): 27-34. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2026.01.04.

摘要

部分机械设备在长期工作中难免会发生磨损和腐蚀的情况，Ni基合金具有良好的耐蚀性和耐磨性是一种常用的耐磨材料，传统的Ni基耐磨合金组织相对粗大，在磨损时容易产生裂纹影响其寿命以及耐磨性，本文为了细化Ni基合金的组织，提高耐磨性能并减少裂纹，采用埋弧焊（SAW）的方法制备了两种TiC含量不同的Ni基合金并，与不含TiC的Ni基合金进行了对比，分析了TiC对Ni基合金组织与性能的影响。利用扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）和X射线衍射仪（XRD）对堆焊层组织、成分和物相等进行了分析，并测试了堆焊层的洛氏硬度。结果表明，含有TiC合金的堆焊层组织由γ-（Ni，Fe）、M

、（Ti，Cr）C、（Ti，Cr）（B，C）及未熔的TiC组成，碳化物均匀分布在基体上，不含TiC合金的堆焊层组织主要为奥氏体。两种含有TiC的合金堆焊层平均硬度分别为51.3 HRC、55.0 HRC，相比不含TiC的合金硬度有明显提升。TiC可以细化M

和M

尺寸，含量越高，效果越明显，但其焊接工艺性变差，TiC加入后，Ti过渡到熔渣中，熔渣与金属结合性提高，TiC越多，熔渣越难清理。

Abstract

Partial machinery in long-term work will inevitably occur wear and corrosion

Ni-based alloy has good corrosion resistance and wear resistance is a commonly used wear-resistant materia. The traditional Ni-base wear-resistant alloy has relatively coarse structure

which is easy to crack during wear and affects its life and wear resistance. In order to refine the microstructure of Ni-based alloys

improve their wear resistance

and reduce cracking

Two kinds of Ni-based alloys with different TiC content were prepared by submerged arc welding (SAW) and compared with those without TiC. The effect of TiC on the microstructure and properties of Ni-based alloys was analyzed. Scanning electron microscopy (SEM)

energy dispersive spectroscopy (EDS)

and X-ray diffraction (XRD) were utilized to analyze the microstructure

composition

and phases of the alloy. The Rockwell hardness of the surfacing layer was also tested. The results show that the structure of the surfacing layer containing TiC alloy was composed of γ-(Ni

Fe)

(Ti

Cr)C

(Ti

Cr)(B

C) and unmelted TiC. The carbides were evenly distributed on the matrix.

The structure of the surfacing layer without TiC alloy was mainly austenite. The average hardness of the surfacing layer of the two alloys containing TiC was 51.3 HRC and 55.0 HRC respectively

which was significantly higher than that of the alloys without TiC. TiC refined the size of M

and M

carbides

and the effect became more pronounced with higher TiC content. However

its addition negatively affected the weld ability. With the addition of TiC

Ti transitioned into the slag

enhanced the bonding between the slag and the metal. The higher the TiC content

the more difficult it became to remove the slag.

关键词

Keywords

references

李小强，程准，邱昊，等 . 镍基高温合金焊接修复技术的研究进展［J］. 材料导报， 2017 ， 31 （ S1 ）： 541 - 545 .

LI X Q ， CHENG Z ， QIU H ， et al . Research Progress in Repair Welding Technology of Ni-based Superalloy ［J］. Materials Reports ， 2017 ， 31 （ S1 ）： 541 - 545 .

Yang S ， Chen N ， Liu W ， et al . Fabrication of nickel composite coatings reinforced with TiC particles by laser cladding ［J］. Surface Coatings Technology ， 2003 ， 183 （ 2 ）： 254 - 260 .

王刚，张秉刚，冯吉才，等 . 镍基高温合金叶片焊接修复技术的研究进展［J］. 焊接， 2008 （ 01 ）： 20 - 23+69 .

WANG G ， ZHANG B G ， FENG J C ， et al . Research progress in pepair welding technology of Ni-based superalloy blands ［J］. Welding & Joining ， 2008 （ 01 ）： 20 - 23+69 .

冯伟，徐锴，郭枭，等 . 镍基丝极埋弧焊材料焊接热裂纹的分析与防止［J］. 焊接， 2016 （ 08 ）： 64 - 67+76 .

FENG W ， XU K ， GUO X ， et al . Analysis and prevention of hot crack in nickel based submerged arc welding material welding ［J］. Welding & Joining ， 2016 （ 08 ）： 64 - 67+76 .

李亚军，杨飞，李欣雨，等 . 镍基合金埋弧焊焊剂的研制［J］. 金属加工（热加工）， 2016 （ 22 ）： 26 - 29 .

LI Y J ， YANG F ， LI X Y ， et al . Development of nickel base alloy submerged arc welding flux ［J］. MW Metal Forming ， 2016 （ 22 ）： 26 - 29 .

Buytoz S ， Yildirim M M ， Eren H . Microstructural and microhardness characteristics of gas tungsten arc synthesized Fe-Cr-C coating on AISI 4340 ［J］. Materials Letters ， 2005 ， 59 （ 6 ）： 607 - 614 .

杨丹，周玉成，徐流杰，等 . 陶瓷颗粒增强镍基复合材料力学性能研究进展［J］. 特种铸造及有色合金， 2024 ， 44 （ 04 ）： 465 - 471 .

YANG D ， ZHOU Y C ， XU L J ， et al . Research Progress in Properties of Ceramic Particle Reinforced Nickel Matrix Composites ［J］. Special Casting & Nonferrous Alloys ， 2024 ， 44 （ 04 ）： 465 - 471 .

唐中杰，郭铁明，付迎，等 . 镍基高温合金的研究现状与发展前景［J］. 金属世界， 2014 （ 01 ）： 36 - 40 .

TANG Z J ， GUO T M ， FU Y ， et al . Research present situation and the development prospect of nickel-based superalloy ［J］. Metal World ， 2014 （ 01 ）： 36 - 40 .

汪洋 . 不同TiC含量对激光熔覆Ni基涂层组织和性能的影响［D］. 辽宁：辽宁科技大学， 2016 .

WANG Y . Effect of different TiC contents on microstructure and properties of laser cladding Ni-based coatings ［D］. Liaoning ： Liaoning University of Science and Technology ， 2016 .

孟君晟，王振廷，邝栗山，等 . 氩弧熔敷原位自生TiC增强Ni基复合涂层的显微组织及工艺［J］. 中国表面工程， 2009 ， 22 （ 01 ）： 33 - 36 .

MENG J S ， WANG Z T ， KUANG L S ， et al . Microstructure and Technology of in-situ Synthesis TiCp/Ni Composite Coatings by Argon Arc Cladding ［J］. China Surface Engineering ， 2009 ， 22 （ 01 ）： 33 - 36 .

Liu Z D ， Tian J ， Li B ， et al . Microstructure and mechanical behaviors of in situ TiC particulates reinforced Ni matrix composites ［J］. Materials Science & Engineering ，A. Structural Materials：Properties，Microstructure and Processing， 2010 ， 527 （ 16/17 ）： 3898 - 3903 .

León-Patio C A ， Braulio-Sánchez M ， Aguilar-Reyes E A ， et al . Dry sliding wear behavior of infiltrated particulate reinforced Ni/TiC composites ［J］. WEAR ， 2019 ， 426 - 427 （PartB）：7.

李睿锴，陈维平，王浩，等 . TiC对Fe 43 Ni 35 Co 22 中熵合金微观组织与性能的影响［J］. 中国有色金属学报， 2022 ， 32 （ 04 ）： 930 - 939 .

LI R K ， CHEN W P ， WANG H ， et al . Influence of TiC on microstructure and properties of Fe 43 Ni 35 Co 22 medium entropy alloy ［J］. The Chinese Journal of Nonferrous Metals ， 2022 ， 32 （ 04 ）： 930 - 939 .

郭永强，孙荣禄，雷贻文，等 . 激光熔覆原位自生TiC颗粒增强Ni基复合涂层的组织与性能［J］. 材料热处理学报， 2009 ， 30 （ 03 ）： 178 - 181+191 .

GUO Y Q ， SUN R L ， LEI Y W ， et al . Microstructure and properties of in-situ TiC particles enhanced by laser cladding of Ni matrix composite coatings ［J］. Transactions of Materials and Heat Treatment ， 2009 ， 30 （ 03 ）： 178 - 181+191 .

王亚敏 . TiC增强Ni基激光熔覆耐磨涂层的干滑动摩擦磨损性能研究［D］. 江苏：江苏科技大学， 2020 .

WANG Y M . Study on dry sliding friction and wear properties of TiC enhanced Ni-based laser cladding wear resistant coatings ［D］. Jiangsu ： Jiangsu University of Science and Technology ， 2020 .

胡文强，黄振莺，翟洪祥，等 . 原位生成TiC x 增强Ni合金复合材料的制备及力学性能［J］. 稀有金属材料与工程， 2018 ， 47 （ S1 ）： 155 - 158 .

HU W Q ， HUANG Z Y ， ZHAI H X ， et al . Preparation and Mechanical Properties of in-situ TiCx/Ni Alloy Composite Materials ［J］. Rare Metal Materials and Engineering ， 2018 ， 47 （ S1 ）： 155 - 158 .

张燚，许天旱 . 焊接工艺参数对埋弧焊焊接接头力学性能影响的研究进展［J］. 石油化工设备， 2023 ， 52 （ 02 ）： 64 - 69 .

ZHANG Y ， XU T H . Research Progress on the Influence of Welding Process Parameters on Submerged Arc Welding Joint Mechanical Properties ［J］. Petro Chemical Equipment ， 2023 ， 52 （ 02 ）： 64 - 69 .

王天宇 . 不同焊接方法对低合金钢焊接接头屈强比的影响研究［D］. 江苏：江苏科技大学， 2019 .

WANG T Y . Study on the effects of different welding methods on the yield ratio of welded joints of low alloy steel ［D］. Jiangsu ： Jiangsu University of Science and Technology ， 2019 .

杨青青，熊惟皓，张国鹏，等 . Ti（C，N）对Ni基高温合金组织结构、力学性能和抗氧化性的影响［J］. 稀有金属材料与工程， 2012 ， 41 （ 12 ）： 2127 - 2130 .

YANG Q Q ， XIONG W H ， ZHANG G P ， et al . Effect of Ti（C，N） on Microstructure， Mechanical Properties and Oxidation Resistance of Ni-based Superalloys ［J］. Rare Metal Materials and Engineering ， 2012 ， 41 （ 12 ）： 2127 - 2130 .

邸满 . 烧结焊剂对大热输入埋弧焊焊缝组织及性能的影响［D］. 辽宁：沈阳工业大学， 2023 .

DI M . Agglomerated flux on microstructure and properties of submerged arc welding seam with high heat input ［D］. Liaoning ： Shenyang University of Technology ， 2023 .

路德斌 . TiC对高铬堆焊合金层显微组织及耐磨性的影响［D］. 湖南：湘潭大学， 2013 .

LU D B . Effect of TiC on microstructure and wear resistance of high chromium surfacing alloy layer ［D］. Hunan ： Xiangtan University ， 2013 .

Liu Y H ， Li J ， Xuan F Z . Fabrication of TiC reinforced Ni based coating by laser cladding ［J］. Surface Engineering ， 2012 ， 28 （ 8 ）： 560 - 563 .

赵雪阳，刘英，夏一龙，等 . H13钢激光熔覆TiC/Ni合金复合涂层的组织与耐磨性［J］. 材料热处理学报， 2016 ， 37 （ 04 ）： 190 - 196 .

ZHAO X Y ， LIU Y ， XIA Y L ， et al . Microstructure and wear resistance of TiC/Ni based alloy composite coatings on H13 steel by laser cladding ［J］. Transactions of Materials and Heat Treatment ， 2016 ， 37 （ 04 ）： 190 - 196 .

Alert me when the article has been cited

提交

Research on Laser Strengthening Process and Performance of the Sealing Surface of the Inlet Valve Seat for High-Performance Sucker Pumps

Effect of Protective Atmosphere on Microstructure and Properties of 316L Stainless Steel Fabricated by Laser Additive Manufacturing

Laser Cladding of Iron-Chromium Gradient Coatings: Interface Regulation and Performance Improvement

Study on Formation and Microstructural Properties of CuCrZr Alloys Prepared by Selective Laser Melting

Analysis of Crack Tendency in Vacuum Electron Beam Welding Joints of 45 Steel Ultra-thick Composite Billets