真空自耗電弧熔煉（VAR）法作為目前生產鈦合金鑄錠的主要方法已在國內外鈦合金生產單位廣泛應用，加強其冶金過程控制，尤其是成品熔煉補縮階段的控制是提高鑄錠成分均勻性和成品率的關鍵。補縮過程中存在諸多影響因素，其中溫度場的影響最為明顯。近年來，國內外學者采用數值模擬的方法對VAR 熔煉過程進行了一系列的研究，但是對補縮過程的研究鮮有報道。因此，采用數值模擬軟件，運用有限元方法研究分析VAR 法熔煉鈦合金補縮過程的溫度場分布以及固液兩相區的變化情況，探討補縮過程中熔池形貌的變化規律具有重要意義。旨在通過對該過程的深入研究，優化補縮工藝參數，為高均質鈦合金鑄錠的生產提供幫助。

　　補縮是成品熔煉時提高鑄錠成品率的有效措施，通過逐漸降低電流，可以使得鑄錠中氣孔不斷上升。補縮過程可具體分為兩個階段，分別是降電流階段和小電流保溫階段。降電流階段是指電流由穩定熔煉時刻的值逐漸降低直到最小；小電流保溫階段是指熔速為0的階段，是通過小電流烘烤使得鑄錠頭部成分均勻化的過程。基于上述理論，作出以下假設：

　　①坩堝外壁冷卻水的溫度是恒定的，忽略熔煉過程中冷卻水溫度的升高；

　　②熔池表面是平面，不考慮熔池流動對溫度分布的影響；

　　③鑄錠與坩堝之間為理想熱傳導，不考慮鑄錠凝固過程中的收縮行為。

　　選用ANSYS12.0有限元分析軟件中的solid231熱單元，采用APDL參數化編程，運用生死單元模擬瞬態熔煉過程。參數化設計語言APDL用智能分析的手段定義模型和載荷并進行求解及結果解釋。計算中以應用最為廣泛、參數最為齊全的TC4鈦合金為研究對象。具體模型尺寸和工藝參數見表1。VAR 法熔煉鈦合金過程的溫度場模擬主要涉及3種邊界條件：熔池表面熱傳導、坩堝外壁的對流換熱以及熔池上部的熱輻射。

　　研究結果：

　　（1）與補縮前相比，補縮階段輻射散熱對于坩堝內熱量分布影響增大；補縮前糊狀區徑向溫度梯度遠遠大于軸向，并且越接近熔池邊緣越大。

　　（2）補縮階段電流的下降方式對熔池形貌有極大影響。采用直線降電流方式使得整個補縮過程一直保持較快的凝固速率，不利于成分均勻；采用階段降電流方式熔池溫度變化緩慢，有利于雜質溶解上浮和成分均勻。

　　（3）工藝參數對冒口形成的影響表現為熔速增大，形成的冒口較大；熔煉電流增大，形成的冒口也較大。