钛及钛合金因密度小、比强度高、耐高温、抗腐蚀等特性,作为结构和功能材料,被广泛应用于航空航天、车辆舰船、生物医学等领域。随着科技的迅速发展,对钛合金材料的力学性能提出了更高要求。而铸态钛合金因原始组织粗大、力学性能较差,严重限制其应用。目前,利用孕育剂来细化铸态合金晶粒从而提高其力学性能作为一种经济、高效的晶粒细化技术,在铝合金、镁合金及钢铁等领域已广泛应用,但关于钛合金用孕育剂的相关研究却极少,其细化机制仍不完善。因此,开发新型钛合金用孕育剂,探索相关的孕育细化工艺,在铸造过程中直接细化钛合金晶粒组织,对于工业生产具有重要意义。本研究通过真空电弧熔炼与真空快速凝固技术相结合的方法,成功制备出具有原位自生增强相的钛合金用新型复合孕育剂（原位Ti5Si3/Ti复合孕育剂、原位（TiB+TiC）/Ti复合孕育剂及原位（TiB+TiN）/Ti复合孕育剂）。研究了各孕育剂中间合金及薄带型复合孕育剂的相组成和微观组织形貌,并分析了其对纯钛及Ti6Al4V合金的晶粒细化及材料强化效果的影响。经真空快淬处理后,孕育剂中间合金组织及原位自生增强相尺寸均得到明显细化。原位Ti5Si3/Ti复合孕育剂的微观组织为典型的等轴胞状结构,胞状结构平均直径约70-90 nm,增强相Ti5Si3的平均晶粒尺寸被细化至12.3 nm。原位（TiB+TiC）/Ti复合孕育剂和原位（TiB+TiN）/Ti复合孕育剂中的TiC、TiN颗粒及TiB晶须的尺寸也被细化至纳米级别。新型复合孕育剂加入钛合金熔体后,这些大量的纳米尺寸原位自生陶瓷颗粒、晶须可同时作为基体合金的异质形核核心和增强相,在凝固过程中提高基体钛合金的异质形核率、抑制晶核生长,在细化晶粒的同时对基体钛合金起到细晶强化和颗粒强化作用。新型复合孕育剂中的增强相颗粒与基体良好的界面结合保证了纳米陶瓷颗粒与基体钛合金熔体的润湿性并显著促进了异质形核作用。新型复合孕育剂对纯钛及Ti6Al4V合金的细化强化效果显著。当Ti6Al4V合金中添加0.6 wt.%原位Ti5Si3/Ti复合孕育剂时,晶粒尺寸由原始的790±52μm细化至109±26μm,细化效果达到最佳值。随着孕育剂的加入,材料的显微硬度、强度、耐磨性能显著提高,而韧性相对下降。当Ti6Al4V合金中添加0.4 wt.%原位Ti5Si3/Ti复合孕育剂时,综合力学性能达到最佳值,硬度由原始的91.1±1.4HRB提高到112.9±1.0 HRB,抗拉强度提高了12.6%,达到1105 MPa,但断后伸长率却下降了13.1%,冲击韧性下降了50.1%,材料脆性倾向增大。添加原位Ti5Si3/Ti复合孕育剂的Ti6Al4V合金中,Ti5Si3增强相颗粒尺寸小于20 nm,添加原位（TiB+TiN）/Ti复合孕育剂的Ti6Al4V合金中,TiN增强相颗粒尺寸约为20-30 nm,TiB晶须直径约5 nm,纳米尺寸的增强相弥散分布于晶粒内部,产生显著的晶内增强效果。新型复合孕育剂对钛合金的强化效果明显优于传统原位自生增强相。