高尔夫球杆头钛合金材料及高尔夫钛合金球杆头的制作方法

本发明涉及一种高尔夫合金材料及球杆头，尤其涉及一种高尔夫球杆头钛合金材料及高尔夫钛合金球杆头。

背景技术：

目前应用在高尔夫球杆头的材料，以钛系合金与不锈钢为主要材料，由于钛系合金制成的高尔夫球杆头在使用上的稳定性及弹性俱佳，钛系合金制的高尔夫球杆头逐渐变成市场上的主流。常用于高尔夫球杆头的钛系合金例如钛-6铝-4钒(ti-6al-4v)钛合金以及钛-10钒-2铁-3铝(ti-10v-2fe-3al)钛合金。ti-6al-4v钛合金经过不同强化加工处理，其抗拉强度可达到980百万帕(mpa)～1190mpa。ti-10v-2fe-3al钛合金经过不同强化加工处理，其抗拉强度可达到1230mpa～1380mpa。虽然ti-6al-4v钛合金与ti-10v-2fe-3al钛合金可使高尔夫球杆头具有符合需求的机械性质以及击球表现[例如符合规定的击球特征时间(characteristictime，ct)、击球稳定性]等等。但随着在球杆头设计趋向薄化、不均厚等发展下，ti-6al-4v钛合金与ti-10v-2fe-3al钛合金的性质仍有所局限，而使得高尔夫球杆头设计受限且难以进一步提升高尔夫球杆头的机械性质以及击球表现。

本“先前技术”段落只是用来帮助了解本

技术实现要素：
，因此在「先前技术」中所揭露的内容可能包含一些没有构成所属技术领域中具有通常知识者所知道的习知技术。此外，在“先前技术”中所揭露的内容并不代表所述内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，也不代表在本发明申请前已被所属技术领域中具有通常知识者所知晓或认知。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高尔夫球杆头钛合金材料，具有优化的机械性质并可提升高尔夫钛合金球杆头的击球表现。

本发明的另一目的在于提供一种高尔夫钛合金球杆头，具有优化的机械性质以及击球表现。

本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。

为达上述的一或部分或全部目的或是其他目的，本发明所采取的技术方案是使高尔夫球杆头钛合金材料，包括第一成分以及第二成分，第一成分包括钛、铝、钒、锡及硅，第二成分包括铬或/及铁，以高尔夫球杆头钛合金材料为基准，铝的含量为3.0wt％至4.5wt％，钒的含量为9.5wt％至10.5wt％，锡的含量为0.5wt％至2.0wt％，硅的含量为0.05wt％至0.25wt％，第二成分的含量为1.5wt％至2.5wt％。

在本发明的一实施例中，上述的高尔夫球杆头钛合金材料更包括钼作为第三成分，以高尔夫球杆头钛合金材料为基准，钼的含量为0.1wt％至1.5wt％。

在本发明的一实施例中，上述的高尔夫球杆头钛合金材料的相组成包括基地相、第一析出相以及第二析出相，在高尔夫球杆头钛合金材料的x射线绕射光谱中，基地相的特征峰位于2θ＝39°～40°或/及2θ＝56°～57°，第一析出相的特征峰位于2θ＝35°～36°、2θ＝38°～39°、2θ＝40.2°～40.6°或/及2θ＝52.5°～53.5°，第二析出相的特征峰位于2θ＝40.8°～41.2°。

在本发明的一实施例中，在上述的高尔夫球杆头钛合金材料的光学显微镜照片或扫苗式电子显微镜照片中，高尔夫球杆头钛合金材料包括基地相以及第一析出相，第一析出相呈岛状且散布于基地相中。

在本发明的一实施例中，在上述的高尔夫球杆头钛合金材料的穿透式电子显微镜照片中，高尔夫球杆头钛合金材料包括基地相以及第一析出相，第一析出相存在于基地相中且呈岛状或针状。

在本发明的一实施例中，在上述的高尔夫球杆头钛合金材料的穿透式电子显微镜照片中，高尔夫球杆头钛合金材料更包括第二析出相，第二析出相存在于基地相中。

在本发明的一实施例中，上述的高尔夫球杆头钛合金材料的最大抗拉强度为1400mpa以上。

在本发明的一实施例中，上述的高尔夫球杆头钛合金材料的降伏强度为1300mpa以上。

在本发明的一实施例中，上述的高尔夫球杆头钛合金材料的延伸率为6％以上。

为达上述的一或部分或全部目的或是其他目的，本发明所采取的技术方案是使高尔夫钛合金球杆头，由如上所述的高尔夫球杆头钛合金材料所制成。

本发明中，由于高尔夫球杆头钛合金材料含有第一成分的钛、铝、钒、锡、硅以及第二成分的铬或铁，选择性地添加钼作为第三成分，且铝的含量为3.0wt％至4.5wt％，钒的含量为9.5wt％至10.5wt％，钼的含量为0.1wt％至1.5wt％，锡的含量为0.5wt％至2.0wt％，硅的含量为0.05wt％至0.25wt％，第二成分的含量为1.5wt％至2.5wt％，高尔夫球杆头钛合金材料可兼具有1400mpa以上的最大抗拉强度、1300mpa以上的降伏强度、6％以上的延伸率以及hrc38以上的硬度的机械性质，从而由高尔夫球杆头钛合金材料所制成的高尔夫钛合金球杆头不但可具有良好的机械性质，还可在不同厚度下都具有良好的击球特征时间(ct)。因此，在球杆头设计趋向薄化、不均厚等发展下，将可增加高尔夫球杆头设计空间以及击球表现。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。

附图说明

图1为实施例1至5的高尔夫球杆头钛合金材料的热加工制程的示意图；

图2为经过热处理的实施例1的高尔夫球杆头钛合金材料的光学显微镜照片；

图3为经过热处理的实施例2的高尔夫球杆头钛合金材料的扫描式电子显微镜照片；

图4为经过热处理的实施例2的高尔夫球杆头钛合金材料的x射线绕射光谱图；

图5为经过热处理的实施例2的高尔夫球杆头钛合金材料的穿透式电子显微镜照片(明视野)；

图6为经过热处理的实施例2的高尔夫球杆头钛合金材料的穿透式电子显微镜照片(图5的择区绕射，显示基地相β：g＝[011]，第一析出相α：g＝[1-213]以及第二析出相ω绕射点)；

图7为经过热处理的实施例2的高尔夫球杆头钛合金材料的穿透式电子显微镜照片(与图5相同的区域的暗视野)；

图8为经过热处理的实施例2的高尔夫球杆头钛合金材料的穿透式电子显微镜照片(明视野)；

图9为经过热处理的实施例2的高尔夫球杆头钛合金材料的穿透式电子显微镜照片(图8的择区绕射，第一析出相α：g＝[1-213])；以及

图10为实施例2的高尔夫钛合金球杆头以及比较例1与2的商用高尔夫钛合金球杆头的特征时间的量测结果。

具体实施方式

实施例1至6高尔夫球杆头钛合金材料及高尔夫钛合金球杆头的制备

在大气环境下，将冶炼原料置入真空冶炼炉中熔融，而后凝固成第一钛合金锭。冶炼原料中含有钛(ti)、铝(al)、钒(v)、锡(sn)、硅(si)、铬(cr)或铁(fe)，并且冶炼原料中视需求可含有钼(mo)。为减少偏析问题，切除第一钛合金锭，反复融化与凝固三次，以获得可供后续冶炼铸造或热轧加工的第二钛合金锭。第二钛合金锭即为实施例1至6的高尔夫球杆头钛合金材料。。实施例1至6的高尔夫球杆头钛合金材料的成分比例如表1中所示。实施例1至6的高尔夫球杆头钛合金材料的至少包括钛、3.0wt％至4.5wt％的铝、9.5wt％至10.5wt％的钒、0.5wt％至2.0wt％的锡、0.05wt％至0.25wt％的硅以及1.5wt％至2.5wt％的铬或铁，并可包括0.1wt％至1.5wt％的钼。

此外，实施例1至6的高尔夫球杆头钛合金材料可在真空环境下，被加热熔化为钛合金金属液，将钛合金金属液灌浇置离心铸造的壳模中，并在冷却及脱模后获得铸造胚材，预定浇铸温度可为1820℃至1850℃，壳模的预热温度可为150℃至350℃。壳模依照需求可具有相应于高尔夫球杆头胚、棒材或板材的形状的膜穴，据此，铸造胚材可为高尔夫钛合金球杆头胚、棒材或板材。高尔夫钛合金球杆头胚、棒材及板材均可作为后续测试使用，且高尔夫钛合金球杆头胚可进一步经由研磨及抛光等处理而制成高尔夫钛合金球杆头。

另外，可对实施例1至6的高尔夫球杆头钛合金材料进行热轧加工制程。实施例1至5的高尔夫球杆头钛合金材料的热轧加工制程例如：提高温度至800℃至820℃持温1小时、接着连续热滚轧至700℃的温度、然后在连续炉中以700℃的温度保温15分钟、之后在连续炉中以于500℃的温度保温15分钟，尔后降温至室温。实施例6的高尔夫球杆头钛合金材料的热轧加工制程例如：传统滚轧(在约800℃左右的温度连续热轧)、接着进行固溶处理(820℃的温度、60分钟的时间)、然后时效处理(510℃的温度、240分钟的时间)之后降温至室温。实施例1至5的高尔夫球杆头钛合金材料的热加工制程的示意图如图1所示。

表1实施例1至6的高尔夫球杆头钛合金材料的成分比例

表2比较例1至4的商用高尔夫球杆头钛合金材料

比较例1至4商用高尔夫球杆头钛合金材料及商用高尔夫钛合金球杆头

比较例1至4为商用高尔夫球杆头钛合金材料，各比较例的商用高尔夫球杆头钛合金材料的成分比例如表2所示。如表2可见，各比较例的商用高尔夫球杆头钛合金材料不含有锡、硅、铬及钼等成分。各比较例的商用高尔夫球杆头钛合金材料可以经由与各实施例的高尔夫球杆头钛合金材料相同的方式制得并进一步制成商用高尔夫钛合金球杆头。此外，可对比较例1至4的商用高尔夫球杆头钛合金材料进行热轧加工制程。比较例1及4的商用高尔夫球杆头钛合金材料的热加工制程例如：传统锻造(在约800℃左右的温度连续热轧，模具本身不加热)。比较例2的商用高尔夫球杆头钛合金材料的热加工制程例如：固溶处理(850℃的温度、100分钟的时间)、水冷并接着时效处理(500℃的温度、240分钟的时间)。比较例3的商用高尔夫球杆头钛合金材料的热加工制程例如：恒温锻造(在约800℃左右的温度进行等温热塑性加工，模具本身加热至约800℃的左右的温度)。

测试例1机械性质

对经过热处理的实施例1至6的高尔夫球杆头钛合金材料以及经过热处理的比较例1至4的商用高尔夫球杆头钛合金材料实施拉伸试验及洛式(rockwell)硬度试验，以获得最大抗拉强度(ultimatetensilestrength，uts)、降伏强度(yieldstrength，ys)、延伸率(percentageelongation，％el)以及洛式硬度c(rockwellhardnessc，hrc)，从而衡量经过热处理的实施例1至6的高尔夫球杆头钛合金材料以及经过热处理的比较例1至4的商用高尔夫球杆头钛合金材料的机械性质。本测试例的测试结果如表3及4所示。

表3实施例1至6的高尔夫球杆头钛合金材料的机械性质

表4比较例1至4的商用高尔夫球杆头钛合金材料的机械性质

由表3及4可见，经过热处理的实施例1至6的高尔夫球杆头钛合金材料具有1420百万帕(megapascal，mpa)至1550mpa的最大抗拉强度、1350mpa至1430mpa的降伏强度、12％至6％的延伸率以及hrc38至hrc41的硬度，也就是说，经过热处理的各实施例的高尔夫球杆头钛合金材料同时具有1400mpa以上的最大抗拉强度、1300mpa以上的降伏强度、6％以上的延伸率以及hrc38以上的硬度的特性。反观各比较例的商用高尔夫球杆头钛合金材料，各比较例的商用高尔夫球杆头钛合金材料并没有同时具有1400mpa以上的最大抗拉强度、1300mpa以上的降伏强度、6％以上的延伸率以及hrc38以上的硬度的特性。因此，实施例1至6的高尔夫球杆头钛合金材料的机械性质显然优于比较例1至4的商用高尔夫球杆头钛合金材料的机械性质。据此，由本测试例的测试结果可见，实施例1至6的高尔夫球杆头钛合金材料的机械性质较比较例1至4商用高尔夫球杆头钛合金材料的机械性质为佳。

测试例2相组成分析

以光学显微镜(opticalmicroscope，om)、扫描式电子显微镜(scanningelectronmicroscope，sem)、穿透式电子显微镜(transmissionelectronmicroscope，tem)及x射线绕射仪(x-raydiffractometer，xrd)对经过热处理的实施例1至6的高尔夫球杆头钛合金材料进行相组成分析，以获得各实施例的高尔夫球杆头钛合金材料的相组成。x射线绕射分析的相关资料：x射线绕射仪厂牌型号为siemensd5000；x射线源为铜靶(cukα，波长为)；操作电压为40千伏(kv)；扫描范围为绕射角2θ＝30°～60°。tem分析的相关资料：tem厂牌型号：philipcm200；操作电压为200kv。

以下仅就经过热处理的实施例1、2的高尔夫球杆头钛合金材料的相组成分析结果进行分析说明。经过热处理的其他实施例的高尔夫球杆头钛合金材料的相组成分析结果与经过热处理的实施例1、2的高尔夫球杆头钛合金材料的相组成分析结果雷同。

图2为经过热处理的实施例1的高尔夫球杆头钛合金材料的光学显微镜照片(放大倍率1000)。图3为经过热处理的实施例2的高尔夫球杆头钛合金材料的扫描式电子显微镜照片。综合图2及3可见，经过处理的实施例1、2的高尔夫球杆头钛合金材料的具有雷同的微结构，两者的微结构中都呈现基地相β以及散布在基地相β中的呈岛状的第一析出相α，且第一析出相α的比例约为15％。

图4为经过热处理的实施例2的高尔夫球杆头钛合金材料的x射线绕射光谱图。由图4中可见，可鉴定出经过热处理实施例2的高尔夫球杆头钛合金材料的x射线绕射光谱具有对应于基地相β、第一析出相α以及第二析出相ω的特征峰。对应于基地相β的特征峰位于2θ≒39°～40°附近以及2θ≒56°～57°附近。对应于第一析出相α的特征峰位于2θ≒35°～36°附近、2θ≒38°～39°附近、2θ≒40.2°～40.6°附近以及2θ≒52.5°～53.5°附近。对应于第二析出相ω的特征峰位于2θ≒40.8°～41.2°附近。此外，上述基地相β、第一析出相α以及第二析出相ω的特征峰的比对是利用panalyticalx'perthighscoreplus电脑分析软体，以及人工计算验证获得。

图5至9为经过热处理的实施例2的高尔夫球杆头钛合金材料的穿透式电子显微镜照片。图5为明视野(brightfield，bf)图。图6为图5的择区绕射(selectedareadiffraction，sad)图，图中显示基地相β绕射图形(g＝[011])、第一析出相α绕射图形(g＝[1-213])以及第二析出相ω绕射点。图7为与图5相同的区域的暗视野(darkfield，df)图。图8为另一明视野(bf)图。图9为图8中，第一析出相α的择区绕射(sad)图，图中显示第一析出相α绕射图形(g＝[1-213])。由图5中可观察到，经过处理的实施例2的高尔夫球杆头钛合金材料具有基地相β以及第一析出相α，第一析出相α呈岛状及针状。由图6可观察到，沿基地相β晶格的[110]方向的基地相β的绕射图案(矩形)、沿第一析出相α晶格的[0001]方向的第一析出相α的绕射图案(六边形)以及沿第二析出相ω晶格的[11-20]方向的第二析出相ω的绕射点(以圆形圈出并标示为ω)；也就是说，由图6可观察到基地相β、第一析出相α以及第二析出相ω共存的绕射图案特征。由图5及7可观察到，经过处理的实施例2的高尔夫球杆头钛合金材料具有存在于基地相β中的微细第一析出相α及微细第二析出相ω。由图8可观察到，岛状的第一析出相α之间存在界面差排d。此外，基地相β、第一析出相α以及第二析出相ω的晶体结构分别为体心立方晶体(body-centeredcubiccrystal)、六方紧密堆积晶体(hexagonaclose-packedcrytal)以及六方晶体(hexagonacrytal)。

因此，基于上述om、sem、xrd及tem的分析结果，可证实经过热处理的实施例的高尔夫球杆头钛合金材料的相组成包括基地相β、第一析出相α以及第二析出相ω。

测试例3特征时间

对实施例2的高尔夫钛合金球杆头以及比较例1与2的商用高尔夫钛合金球杆头进行打击面的特征时间(characteristictime，ct)的量测。量测结果示于图10中。由图10中可见，在打击面板的厚度为2.4毫米(mm)、2.6mm、2.8mm、3.0mm、3.2mm以及3.4mm等条件下，实施例2的高尔夫钛合金球杆头的特征时间分别可达到约320微秒(μs)、312μs、298μs、288μs、274μs以及255μs。在相同厚度条件下，实施例2的高尔夫钛合金球杆头的特征时间大于比较例1与2的商用高尔夫钛合金球杆头的特征时间，显示出由实施例2的高尔夫球杆头钛合金材料可提升高尔夫球杆头的击球表现。

基于上述，本发明各实施例中，由于高尔夫球杆头钛合金材料含有第一成分的钛、铝、钒、锡、硅以及第二成分的铬或铁，选择性地添加钼作为第三成分，且铝的含量为3.0wt％至4.5wt％，钒的含量为9.5wt％至10.5wt％，钼的含量为0.1wt％至1.5wt％，锡的含量为0.5wt％至2.0wt％，硅的含量为0.05wt％至0.25wt％，第二成分的含量为1.5wt％至2.5wt％，各实施例的高尔夫球杆头钛合金材料可兼具有1400mpa以上的最大抗拉强度、1300mpa以上的降伏强度、6％以上的延伸率以及hrc38以上的硬度的机械性质，从而由各实施例的高尔夫球杆头钛合金材料所制成的高尔夫钛合金球杆头不但可具有良好的机械性质，还可在不同厚度下都具有良好的击球特征时间(ct)。因此，在球杆头设计趋向薄化、不均厚等发展下，将可增加高尔夫球杆头设计空间以及击球表现。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。另外，本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻的用，并非用来限制本发明的权利范围。此外，本说明书或权利要求中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名组件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制组件数量上的上限或下限。