真空自耗電弧熔煉（VAR）法作為目前生產(chǎn)鈦合金鑄錠的主要方法已在國(guó)內(nèi)外鈦合金生產(chǎn)單位廣泛應(yīng)用，加強(qiáng)其冶金過程控制，尤其是成品熔煉補(bǔ)縮階段的控制是提高鑄錠成分均勻性和成品率的關(guān)鍵。補(bǔ)縮過程中存在諸多影響因素，其中溫度場(chǎng)的影響最為明顯。近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用數(shù)值模擬的方法對(duì)VAR 熔煉過程進(jìn)行了一系列的研究，但是對(duì)補(bǔ)縮過程的研究鮮有報(bào)道。因此，采用數(shù)值模擬軟件，運(yùn)用有限元方法研究分析VAR 法熔煉鈦合金補(bǔ)縮過程的溫度場(chǎng)分布以及固液兩相區(qū)的變化情況，探討補(bǔ)縮過程中熔池形貌的變化規(guī)律具有重要意義。旨在通過對(duì)該過程的深入研究，優(yōu)化補(bǔ)縮工藝參數(shù)，為高均質(zhì)鈦合金鑄錠的生產(chǎn)提供幫助。

　　補(bǔ)縮是成品熔煉時(shí)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(bǔ)縮過程可具體分為兩個(gè)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(wěn)定熔煉時(shí)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(shè)：

　　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(dòng)對(duì)溫度分布的影響；

　　③鑄錠與坩堝之間為理想熱傳導(dǎo)，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(shù)化編程，運(yùn)用生死單元模擬瞬態(tài)熔煉過程。參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言APDL用智能分析的手段定義模型和載荷并進(jìn)行求解及結(jié)果解釋。計(jì)算中以應(yīng)用最為廣泛、參數(shù)最為齊全的TC4鈦合金為研究對(duì)象。具體模型尺寸和工藝參數(shù)見表1。VAR 法熔煉鈦合金過程的溫度場(chǎng)模擬主要涉及3種邊界條件：熔池表面熱傳導(dǎo)、坩堝外壁的對(duì)流換熱以及熔池上部的熱輻射。

　　研究結(jié)果：

　　（1）與補(bǔ)縮前相比，補(bǔ)縮階段輻射散熱對(duì)于坩堝內(nèi)熱量分布影響增大；補(bǔ)縮前糊狀區(qū)徑向溫度梯度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于軸向，并且越接近熔池邊緣越大。

　　（2）補(bǔ)縮階段電流的下降方式對(duì)熔池形貌有極大影響。采用直線降電流方式使得整個(gè)補(bǔ)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(zhì)溶解上浮和成分均勻。

　　（3）工藝參數(shù)對(duì)冒口形成的影響表現(xiàn)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。