专利名称：高尔夫杆头的低密度合金的制作方法
技术领域：
本发明关于一种高尔夫杆头的低密度合金(Low-Density Alloy for Making aGolf Club Head)，特别是关于通过控制钛、铝及钒的混合比例，并选择添加钼、铬、铁、硅及/或硼等微量元素，以供调整重心位置及提升弹性变形能力的高尔夫杆头的低密度合金。
背景技术：
传统高尔夫杆头大多是不锈钢，如SUS630或SUS431(美国钢铁协会AISI标准630型与431型)，并以精密浇注法(去蜡法)所制成，但此种材料的密度较大，且强度较低，因此以上述材料制成的杆头，其壁厚必须达某一厚度以上，才能达到杆头的强度要求；然而，在实际使用上，由于要求杆头重量不得太重的杆头设计要点，造成以上述材料所制成的杆头体积无法加大，因此杆头击球面上的较佳击球点范围会大幅缩小，造成击球失败的机率大增。
为解决上述问题，产业界研发采用钛合金所制造的杆头，如美国专利第5,505,795号《高尔夫球杆制造方法(Method of manufacturing golf club)》、第5,643,108号《高尔夫杆头结构及其制造方法(Structure for golf club head and themethod of its manufacture)》、第6,832,961号《木杆的高尔夫杆头(Wood-typegolf club head)》、第6,880,222号《高尔夫杆头制造方法(Method of manufacturinga golf club head)》及第6,905,061号《高尔夫杆头制造方法(Method of makinga golf club head)》等采用Ti-6Al-4V的钛合金(即重量百分比6％铝及4％钒，其余为钛金属)以制作一高尔夫球杆头，由于钛合金的密度相对低于不锈钢，且其强度与不锈钢相当，并能呈现相对较高的弹性变形能力，因此可在不增加杆头重量的前提下，其允许加大高尔夫杆头的体积，使高尔夫杆头的较佳击球点面积增加，以提高击球成功率。
另一方面，由于Ti-6Al-4V的钛合金的密度相对低于不锈钢，因此其可用于制造高尔夫球杆头的部分构件，藉此达成调整高尔夫杆头的重心位置，例如杆头本体、打击面板、盖板或配重块等，且由于其弹性变形能力(伸长率)相对高于不锈钢，因此通常利用其较佳弹性变形能力可在击球时能产生较大的弹性变形程度，并可用以相对减少高尔夫球在碰撞打击面板时造成的球体压缩变形，相对降低击球应力被阻尼吸收的程度，以避免击球应力的能量损失，进而提升击球距离。
然而，在考量杆头体积大型化及调整重心裕度下，有必要进一步改良上述钛合金，使其更降低密度，且另添加其它元素，但仍保有原机械强度，以提升钛合金的应用裕度。
其它相关钛合金，如下列表一所示，于此列举参考。
表一、传统各种成份的钛合金组成及其机械强度
有鉴于此，本发明改良上述缺点，其利用低密度的钛铝钒合金制造一高尔失杆头，钛铝钒合金包含重量百分比的钛84％至94％、铝6.5％至9.5％(或5.5％至8.5％)及钒1.5％以下(或3.0％以下)，或选择添加钼、铬、铁、硅及/或硼等微量元素，以组成密度4.40g/cm3以下的钛合金，以供调整高尔夫杆头的整体重心及提升弹性变形能力，有利杆头大型化，并进而提升杆头的设计裕度。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种高尔夫杆头的低密度合金，其调整钛合金的铝及钒的比例，以降低密度及保有原机械强度，达到调整高尔夫杆头的整体重心及提升弹性变形能力的目的。
本发明的次要目的是提供一种高尔夫杆头的低密度合金，其调整钛合金的铝及钒的比例，并选择添加钼、铬、铁、硅及/或硼等微量元素，以降低密度及保有原机械强度，达到调整高尔夫杆头的整体重心及提升弹性变形能力的目的。
本发明的目的是这样实现的一种高尔夫杆头的低密度合金，其包含重量百分比的钛84％至94％、铝5.5％至9.5％及钒3.0％以下。该低密度合金以钛铝钒合金为主要合金成份，并可选择添加钼、铬、铁、硅及/或硼等微量元素，以组成密度4.40g/cm3以下的钛合金，因而形成密度较低且伸长率较高的钛合金。
本发明的低密度合金选择铝的重量百分比调整至6.5％至9.5％之间。
本发明的低密度合金选择铝的重量百分比调整至5.5％至8.5％之间。
本发明的低密度合金选择钒的重量百分比调整至1.5％以下。
本发明的主要优点是其利用低密度的钛铝钒合金制造一高尔失杆头，钛铝钒合金包含重量百分比的钛84％至94％、铝6.5％至9.5％(或5.5％至8.5％)及钒1.5％以下(或3.0％以下)，或选择添加钼、铬、铁、硅及/或硼等微量元素，以组成密度4.40g/cm3以下的钛合金，以供调整高尔夫杆头的整体重心及提升弹性变形能力，有利杆头大型化，并进而提升杆头的设计裕度。
图1本发明高尔夫杆头的低密度合金的电子显微照相图。
具体实施例方式
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明的较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下本发明较佳实施例高尔夫杆头的低密度合金以钛铝钒合金为主要合金成份，其包含重量百分比的钛84％至94％、铝5.5％至9.5％及钒3.0％以下。
实施例1如表二及附图1所示，本发明第一实施例的高尔夫杆头的低密度合金，其以钛金属(密度4.51g/cm3)、铝金属(密度2.70g/cm3)及钒金属(密度5.79g/cm3)为主要合金成份，钛铝钒合金是包含重量百分比的钛84％至94％、铝6.5％至9.5％及钒1.5％以下，以组成密度4.40g/cm3以下的钛合金，其较佳选用钛91％、铝8％及钒1％的钛铝钒合金(如表二所示的Ti-8Al-1V合金或Ti-7.5Al-0.05V合金)。
实施例2本发明另一实施例的低密度合金是较佳在不改变原先钛的重量百分比84％至94％的前提下，将铝的重量百分比调整至5.5％至8.5％之间；另外，将钒的重量百分比同时调整至3.0％以下。此时，低密度合金仍保有本发明第一实施例的原机械强度。
实施例3相较于本发明第一实施例的Ti-8Al-1V合金，实施例3的低密度合金略降低铝元素的含量，但不致影响低密度合金的伸长率性质；同时，低密度合金又略提高钒元素的含量。相对于本发明第一实施例的Ti-8Al-1V合金，该低密度合金略变动铝元素及钒元素比例。虽然该低密度合金与本发明的Ti-8Al-1V合金的铝元素及钒元素比例不同，但其未脱离本发明的低密度合金的技术范畴。
以下本发明低密度合金与传统钛合金的比较特性是主要例举Ti-8Al-1V合金(或Ti-7.5Al-0.05V合金)与传统Ti-6Al-4V合金的比较做为说明。
相较于传统的Ti-6Al-4V合金，本发明通过相对提高铝添加量，可降低合金密度并改良韧性，以获得所需的低密度性质；通过相对降低钒添加量可有效提高铸造时的流动性及辅助除气效果，但不致影响合金的机械性质；钛铝钒合金是可选择使用于制造一高尔夫杆头的构件，例如杆头本体、打击面板、盖板及/或配重块等，其较佳是选自一打击面板。
另一方面，由于Ti-8Al-1V合金的密度(4.40至4.34g/cm3)相对低于Ti-6Al-4V合金的密度(4.42g/cm3)，因此可用于高尔夫球杆头的部分构件以减轻其重量，但又不致大幅影响其机械性质，因此可供调整该高尔夫杆头的重心位置，例如杆头本体、打击面板、盖板或配重块等。
请参阅表二所示，其揭示本发明第二至第五实施例的高尔夫杆头的低密度合金。相较于第一实施例，第二至第五实施例进一步于Ti-8Al-1V合金中选择添加微量元素，例如重量百分比的钼1.2％以下、铬1.2％以下、铁0.6％以下、硅0.6％以下及硼1.0％以下。通过添加适量的钼可使合金析出均匀分布的碳化物，并提高耐热性，以减少合金的焊接热裂，亦可增加其硬化能力及高温强度；通过添加适量的铬以提升合金的防锈耐蚀性，增加高尔夫杆头的使用寿命；通过添加适量的铁以具有良好的塑性，便于进行加工处理；通过添加适量的硅以改善熔融金属的流动性；通过添加适量的硼，因其在高温下组织稳定，且具有较佳的抗氧化能力、韧性及塑性，可改善合金的机械性质。
本发明第二实施例是添加重量百分比的钼0.25％至0.5％；本发明第三实施例是添加重量百分比的铬0.4％至0.6％；本发明第四实施例是添加重量百分比的铁0.2％至0.4％；本发明第五实施例是添加重量百分比的硅0.25％至0.35％。
除上述实施例外，本发明亦可选择添加重量百分比的硼1.0％以下以制成高尔失杆头。本发明第二至第五实施例的钛铝钒合金同样亦可选择使用于高尔夫杆头的部分构件，例如杆头本体、打击面板、盖板及/或配重块等，其较佳选用一打击面板。
藉此，上述第一至五实施例以钛铝钒合金为主要合金成份，并添加钼、铬、铁、硅及/或硼等微量元素，而形成一密度较Ti-6Al-4V钛合金低，且伸长率较Ti-6Al-4V钛合金高的高尔夫杆头，而在不超过材料本身的弹性限度(elasticlimit)前提下，低密度钛铝钒合金的伸长率E％(弹性变形能力)获得提升。因此利用其较佳的弹性变形能力可在击球时形成较大的弹性变形程度，进而提升击球距离。同时，利用该低密度Ti-8Al-1V合金(或Ti-7.5Al-0.05V合金)可降低高尔夫杆头的整体重量，并可用于高尔夫球杆头的部分构件，以调整高尔夫杆头的重心位置，例如杆头本体、盖板、打击面板或配重块等。因此，本发明可在不增加高尔夫杆头重量的前提下，使高尔夫杆头的体积大型化，增加高尔夫杆头的较佳击球点面积，以提高击球成功率。
表二、不同重量百分比的钛铝钒合金及其机械性质的比较
请参阅表二、三及四及附图1所示，其揭示本发明第六实施例的高尔夫杆头的低密度合金。相较于第一至五实施例，第六实施例是Ti-7.5Al-0.05V-0.2Si-0.06B4C的低密度合金，其包含重量百分比的铝7.2％至7.8％、钒0.02％至0.06％、硅0.22％、碳化硼0.06％、铁0.06％、碳0.04％、氮0.01％及氧0.21％，其余比例为钛。特别是本发明第六实施例的Ti-7.5Al-0.05V-0.2Si-0.06B4C的低密度合金具有相似于传统Ti-6Al-4V钛合金的机械性质，但其密度4.32克/立方公分是低于传统Ti-6Al-4V钛合金的密度(4.42克/立方公分)。在炮击测试(炮击速度55公尺/秒，#2炮击机)下，本发明的Ti-7.5Al-0.05V-0.2Si-0.06B4C的低密度合金应用于铸造制成打击面板，打击面板皆能通过炮击测试的标准。因此，利用Ti-7.5Al-0.05V-0.2Si-0.06B4C的低密度合金同样可降低高尔夫杆头的整体重量，并可用于高尔夫球杆头的部分构件以调整高尔夫杆头的重心位置，例如杆头本体、盖板、打击面板或配重块等。因此，本发明可在不增加高尔夫杆头重量的前提下，使高尔夫杆头的体积大型化，增加高尔夫杆头的较佳击球点面积，以提高击球成功率。
表三、本发明第六实施例及传统合金的组成比较
表四、由本发明第六实施例及传统合金铸造制成的打击面板进行炮击测试的比较(炮击速度55公尺/秒，#2炮击机)
如上所述，相较于传统高尔夫杆头较高密度、较低强度，且杆头体积无法加大，造成较佳击球点范围大幅缩小等缺点，本发明确实能利用低密度的Ti-8Al-1V等合金，或通过选择添加钼、铬、铁、硅及/或硼等微量元素组成密度4.40g/cm3以下的钛铝钒合金，以调整高尔夫杆头的整体重心及提升弹性变形能力，有利杆头大型化，并进而提升杆头设计裕度。
权利要求
1.一种高尔夫杆头的低密度合金，其特征是它包含重量百分比的钛84％至94％、铝5.5％至9.5％及钒3.0％以下，以组成密度在4.40g/cm3以下的钛铝钒合金。
2.根据权利要求1所述的高尔夫杆头的低密度合金，其特征是该钛铝钒合金选择铝的重量百分比调整至6.5％至9.5％之间。
3.根据权利要求1所述的高尔夫杆头的低密度合金，其特征是该钛铝钒合金选择铝的重量百分比调整至5.5％至8.5％之间。
4.根据权利要求1所述的高尔夫杆头的低密度合金，其特征是该钛铝钒合金选择钒的重量百分比调整至1.5％以下。
5.根据权利要求1所述的高尔夫杆头的低密度合金，其特征是该钛铝钒合金包含重量百分比的铝8％及钒1％。
6.根据权利要求1所述的高尔夫杆头的低密度合金，其特征是该钛铝钒合金另包含重量百分比的钼1.2％以下。
7.根据权利要求1所述的高尔夫杆头的低密度合金，其特征是该钛铝钒合金另包含重量百分比的铬1.2％以下。
8.根据权利要求1所述的高尔夫杆头的低密度合金，其特征是该钛铝钒合金另包含重量百分比的铁0.6％以下。
9.根据权利要求1所述的高尔夫杆头的低密度合金，其特征是该钛铝钒合金另包含重量百分比的硅0.6％以下。
10.根据权利要求1所述的高尔失杆头的低密度合金，其特征是该钛铝钒合金另包含重量百分比的硼1.0％以下。
11.根据权利要求1所述的高尔夫杆头的低密度合金，其特征是该钛铝钒合金是包含重量百分比的铝7.2％至7.8％及钒0.02％至0.06％。
12.根据权利要求11所述的高尔夫杆头的低密度合金，其特征是该钛铝钒合金另包含重量百分比的碳化硼0.06％。
全文摘要
一种高尔夫杆头的低密度合金，其包含重量百分比的钛84％至94％、铝6.5％至9.5％(或5.5％至8.5％)及钒1.5％以下(或3.0％以下)。该低密度合金以钛铝钒合金为主要合金成份，并可选择添加钼、铬、铁、硅及/或硼等微量元素，以组成密度在4.40g/cm
文档编号A63B53/04GK1958821SQ200610150568
公开日2007年5月9日 申请日期2006年10月19日 优先权日2005年11月1日
发明者蒋铭瑞, 郭书群 申请人:蒋铭瑞, 郭书群