铸造型高尔夫球铁杆头合金的制作方法

本发明是有关于一种铸造型高尔夫球铁杆头合金，特别是关于一种适于铸造的铁基、高特征时间的高尔夫球铁杆头合金。

背景技术：

整套完整高尔夫球杆球具，通常具有14支球杆，依照球场变化，包括：距离与障碍(长草、沙坑、水池与树林)，视击球状况而使用不同号数的球杆；依击球的目的，简单可分为木杆(wood，3～5支)、铁杆(iron，7～8支)与推杆(putter，1支)三大类，陈述如下：

木杆：(1)使用时机为需要长远距离击球时，可容许较大的失击率。(2)可分为开球木杆与球道木杆。

铁杆：(1)选用时机则为将球击上果岭或球落入障碍区时选用，可精准有效的击球，并获致准确击球距离。(2)依照号数分为长铁杆、中铁杆、短铁杆、挖起杆与劈起杆，甚至有混合杆(空心铁头)等几种。(3))依照形状不同又分刀背式与凹背式球杆，刀背式球杆具有杆面薄且整体的体积也比一般球杆较小(甜蜜点范围较小)击球感明显，而凹背式球杆有较多的重心分配在杆面四周，属于比较低重心的设计再加上四周重心的平均分布能够产生较大的甜蜜点。

推杆：(1)专用于果岭上击球，击球时稳定与平衡。(2)推杆则可分为重心低的d型、偏心手感优选的l型、偏心击球球路优选的pin型、中心击球球路平直的t型四种形式。

传统球头设计，在击球距离控制方面，主要以球头倾角与长度为控制变因，如下表1与表2例所示。

表1各种木杆名称与规格一览表

表2铁杆、推杆名称与规格一览表

依据unitedstatesgolfassociation(usga，美国高尔夫协会)订定球场击球规范与球具规范，其高尔夫球具主要限定：

(一)特征时间(characteristictime,ct)：主要在开球(driver)木杆头上与高尔夫球头接触的时间，不能超过239μs(误差范围18μs)；铁杆头则没有限制。目前商用球头的特征时间的主要范围为：开球(driver)木杆约230～260μs、球道木杆(freewaywood)约200～230μs、铁杆(iron)约180～220μs；此外，挖起 杆(iron)与推杆(putter)则鲜有特征时间的测量。此外，高尔夫球杆的开发，不论开球木杆、球道木杆、或铁杆，主要皆朝280μs发展；但通常是以球头结构设计来着手，鲜少以材料设计开发或热处理制程设计开发。

(二)整套完整的高尔夫球杆根部至趾部必须总长度大于击球面至背部总深度，任何允许的设计都必须在尺寸内完成。

(三)每支球杆的击球面只能有一种性质的材料。

再者，在usga的球具规范下，高尔夫球头的发展方向主要有：

(一)轻量化与配重性：利用不同的材质搭配来改变球头重量的分布。如：(1)为了提升球的飞行角度，使用高密度钨镍铁合金作为配重块来调整球头整体的重心位置；(2)为了使部份质量可调整至底部，选用质量较轻的碳纤维或薄化蜂窝式顶盖，降低顶盖重量；(3)利用高强度且低密度合金，增大球头体积以降低失误率。

(二)不均厚的打击面设计：不同的击球位置、击球面曲率、球面厚度及硬度，都与球头的打击面的特征时间相关。

(三)可调整设计：根据usga规范，于球场上使用的球具，须为单一刚体(不可脱落)，所以近年来球具设计上，发展成使用者可自行变化球头重心、惯性矩、左右旋转角等，配合当前球场上的状况。

对材料设计而言，高尔夫球杆头材料主要要求：良好抗拉强度或高延伸率组合；不同密度的合金，或有差异的密度合金组合；低杨氏系数，可变化不同球头造型与产生不同的打击效果，来满足打击者的需求。

当前生产铁头的金属材料选用，如下：

1：最常被使用是锻造软铁s25c，当考量加工性与铸造性情况下，8620低碳合金钢在此时被广泛应用。

2：为了能使铁杆头，具有不同硬度与杆部可调杆特征此时选用s45c与4140应用在铁杆头材料上。

3：再者为了克服生锈问题，开始使用了不锈钢，随后17-4ph析出硬化型不锈钢成为了主要材质。

4：但当前商用高尔夫球铁杆头材质主要还是以铁系碳钢或低单价不锈钢为主，例如：s20c、s25c、s30c、8620、4140等。

就铸造型球头来说，其基本制程为：(1)大气高周波冶炼炉精密壳模铸造:熔炼各项元素并浇铸于精密壳模中，形成所需的球头外型；(2)震壳、切割、喷砂：此阶段为前段处理，首先将浇铸的壳模震掉，得到金属外型的球头，再利用切割及喷砂将废料切除及初步的外型，且进行初步的表面处理；(3)热处理、cnc(computernumericalcontrol)加工、焊接：此阶段是机械制造程序：将外形完整的球头进行热处理(约1050℃，持温1小时固溶处理后进行水淬)，后续利用cnc加工及焊接得到尺寸正确的铁头(依据不同球头，操作程序也可能不同)；(4)涂装、组杆：此阶段为后段制程，将完成的铁头上色、包膜、组杆准备出货。

综合上述，若能够开发出，铸造型高尔夫球铁杆头的合金，并且打击面兼具外硬内软的特性(表面硬度高与内部硬度低的特征)可获得高特征时间(ct)介于240～300μs，增加击球者打击感，除此之外杆部可做常温条杆(杆部角度±2°)，增加其市场应用性。

故，有必要提供一种铸造型高尔夫球铁杆头合金，其具有高特征时间，以解决上述现有技术所存在的问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种铸造型高尔夫球铁杆头合金，可用来制造整套的铁杆球具，于不同球头(铁杆号数)，可得到不同的特征时间。利用此性质，可使小号数球头，拥有更远击球距离(距离范围)，大号球头则可获得较精准的击球距离(距离范围)，达到各种优异的撃球性能的组合。且，在球头打击面，可获致不同硬度分布，亦即表面硬度高与内部硬度低的特征。

为达成本发明的前述目的，本发明的一实施例提供一种铸造型高尔夫球铁杆头合金，其特征在于：所述铸造型高尔夫球铁杆头合金的成分以重量计为：0.5至1.5重量％的铬、0.2至1.0重量％的镍、0.1至0.6重量％的钼、0.8至2.0重量％的硅、0.8至2.0重量％的锰、0.30至0.50重量％的碳，余量为铁以及不可避免的微量合金元素。

在本发明的一实施例中，利用不同温度回火处理再经由固溶处理与油冷后具有抗拉强度介于1650至1960mpa(兆帕)，降伏强度介于1450至1700mpa(兆帕)，以及延伸率5至11％。

在本发明的一实施例中，所述铸造型高尔夫球铁杆头合金经过850至880℃固溶处理后，进行60至120℃油冷处理，再使用250至420℃回火处理，获得硬度介于39至49hrc。

在本发明的一实施例中，所述铸造型高尔夫球铁杆头合金经过650℃～750℃退火热处理，其硬度降低为25至30hrc。

在本发明的一实施例中，所述铸造型高尔夫球铁杆头合金用以制造一铁杆头，所述铁杆头具有包含一球头打击面，所述球头打击面的厚度介于1.8至2.5mm(毫米)，以及所述球头打击面的特征时间为240至300μs(微秒)。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：

附图说明

图1是本发明一实施例的铸造型高尔夫球铁杆头合金，固溶油冷后，不同厚度、不同温度回火处理，其硬度与特征时间分布图。

图2是本发明一实施例的铸造型高尔夫球铁杆头合金，固溶油冷后，打击面厚度为2.2mm的球头，以不同温度回火处理，其硬度与特征时间对应制成不同号数球头的示意图。

图3是本发明一实施例的铸造型高尔夫球铁杆头合金3，固溶油冷后球 头打击面截面硬度分布图。

图4是本发明一实施例的铸造型高尔夫球铁杆头合金3，固溶油冷后球头打击面截面的外部显微结构影像，显示低温麻铁散铁组织。

图5是本发明一实施例的铸造型高尔夫球铁杆头合金3，固溶油冷后球头打击面截面的中心部位显微结构影像，显示较粗大的低温麻铁散铁组织。

图6是本发明一实施例的铸造型高尔夫球铁杆头合金3，固溶油冷后，球头杆部再经过局部650℃高温退火热处理后的显微结构影像，显示高温麻铁散铁组织。

图7显示具有不同特征时间的球头各自的击球距离示意图。

具体实施方式

为了让本发明的上述及其他目的、特征、优点能更明显易懂，下文将特举本发明较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。再者，本发明所提到的方向用语，例如上、下、顶、底、前、后、左、右、内、外、侧面、周围、中央、水平、横向、垂直、纵向、轴向、径向、最上层或最下层等，仅是参照附加图式的方向。此外，本发明所提到的单数形式“一”、“一个”和“所述”包括数个引用，除非上下文另有明确规定。数值范围(如10％至11％的a)若无特定说明皆包含上、下限值(即10％≦a≦11％)；数值范围若未界定下限值(如低于0.2％的b，或0.2％以下的b)，则皆指其下限值可能为0(即0％≦b≦0.2％)。上述用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。

首先，请参照下表3所示。本发明的铸造合金1至6，成份范围：以重量百分比(wt％)计，铬含量0.82至1.22wt％、镍含量0.33至0.87wt％、钼含量0.18至0.53wt％、硅含量0.84至1.76wt％、锰含量1.08至1.71wt％、碳含量0.34至0.43wt％。合金铸件分别经850℃与880℃固溶处理，60℃与120℃油冷，使用250℃与420℃回火处理，可获致合金性质：抗拉强度介于1649 至1924mpa，降伏强度介于1482至1658mpa，及延伸率为5.8至10.9％，其硬度介于39hrc至49hrc之间。对照例为铸造合金7至10，成份范围：以重量百分比计，铬含量0.02至0.35wt％、镍含量0.02至0.08wt％、钼含量0.03至0.10wt％、硅含量0.25至0.60wt％、锰含量0.35至0.65wt％、碳含量0.26至0.35wt％。合金铸件以相同于实施例1至6的方法，经850℃与880℃固溶处理，60℃与120℃油冷，使用250℃与420℃回火处理，其机械强度均低于实施例1至6的表现，仅获得抗拉强度介于650至1130mpa，降伏强度介于330至980mpa，及延伸率为8.8至15.8％。

表3本发明实施例与对照例合金成分与机械性质表

注1：本发明合金1～3铸件经880℃处理及120℃油冷后，420℃/2小时回火处理。

注2：本发明合金4～6铸件经850℃处理及60℃油冷后，250℃/2小时回火處理。

注3：对照例合金7～8铸件经880℃处理及120℃油冷后，420℃/2小时回火处理。

注4：对照例合金9～10铸件经850℃处理及60℃油冷后，250℃/2小时回火處理。

为更清楚说明本发明的特征，特以合金3为例，其球头特征：经适当的合金配料，利用大气高周波冶炼炉冶炼，精密铸造的高尔夫球铁杆头合金，其主要成分为：碳0.42wt％、铬0.93wt％、镍0.53wt％、钼0.34wt％、硅1.22wt％、锰1.65wt％，并经880℃固溶处理后，进行120℃油冷处理，使用420℃回火处理其硬度为49hrc。之后，经固溶油冷后的不同球头，再经不同温度回火 处理，并研磨至不同厚度，其硬度与特征时间(ct)分布图，如图1所示。球头打击面厚度1.9mm时，其特征时间(ct)介于285～330μs；厚度2.4mm时，特征时间(ct)介于245～285μs；厚度2.7mm时，特征时间(ct)介于210～240μs；厚度3.5mm时，特征时间(ct)则介于125～165μs。

其间，经固溶油冷后的拉伸试棒，再经420℃回火处理，其抗拉强度1718mpa、降伏强度1496mpa、延伸率9.5％(如表3所示)。

另外，合金3如上述制程，可设计制成整套球具，有别于传统的设计，不同铁杆号数，可得到不同的硬度与特征时间，如图2所示。就特定球头厚度2.2mm，分析球头打击面截面硬度，如图3所示。在球头打击面，可获致不同硬度分布，亦即表面硬度高(49hrc)，其显微结构具备低温麻铁散铁组织，如图4所示，与内部硬度低(39hrc)的特征，其显微结构具备较粗大的低温麻铁散铁组织，如图5所示。此外，此球头杆部，局部利用650至750℃高温退火热处理后，硬度可降低至25～30hrc，为可常温调杆(杆部角度±2°)，其显微结构具备高温麻铁散铁组织，如图6所示。

整体而言。有别于传统的设计，本发明的整套的铁杆球具，于不同球头(铁杆号数)，可得到不同的特征时间利用此性质。可使小号数球头，拥有更远击球距离(距离范围)，大号球头则可获得较精准的击球距离(距离范围)。达到各种优异的撃球性能的组合，如图7所示。

为让各元素在本发明铸造型合金中的影响更被清楚地了解，下文中为添加的各种合金元素对本发明的铸造型合金性质的影响进行详细解释：

碳(c)：碳元素是为一般钢铁材料不可或缺的元素，除了形成碳化物之外，也会使肥粒铁相减少，波来铁相增加，让其硬度、抗拉强度、降伏强度会随着碳含量的多寡而产生变化。本发明碳含量设计范围为：0.30～0.50wt％。

镍(ni)、铬(cr)、钼(mo):使用在低合金钢时能增进其硬化能和韧性，也能避免淬火时的变形和裂纹可得到有较高的强度、韧性及硬化能，并且在表 面硬化处理后，能使表层的硬度与内层的硬度有所不同。本发明铬镍钼含量设计范围，分别为：铬含量0.5～1.5wt％、镍含量0.2～1.0wt％、钼含量0.1～0.6wt％。

硅(si)、锰(mn)：能改善合金铸件的铸造，降低气孔形成机率、增进收缩作用使钢液流动性增加，有效提升合金铸件的固溶强化与铸造性。本发明硅锰含量设计范围，分别为：硅含量0.8～2.0wt％、锰含量0.8～2.0wt％。

综合上述，本发明的铁基铸造合金，成分：铬含量0.82～1.22wt％、镍含量0.33～0.87wt％、钼含量0.18～0.53wt％、硅含量0.84～1.76wt％、锰含量1.08～1.71wt％、碳含量0.34～0.43wt％；机械范围：抗拉强度介于1699-1924mpa，降伏强度介于1482-1658mpa，及5.8-10.9％的延伸率，且硬度介于40～65hrc，同时经热处理后，球头打击面可获致表面硬度高(49hrc)，内部硬度低的特征(39hrc)。打击面厚度，1.8、2.2mm，特征时间(characteristictime,ct)可高达240～300μs；球头杆部可透过650℃～750℃退火热处理，降低硬度，获致可常温调杆(杆部角度±2°)的优异特性。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已公开的实施例并未限制本发明的范围。相反地，包含于权利要求书的精神及范围的修改及均等设置均包括于本发明的范围内。