专利名称：用于制造高尔夫杆头的合金的制作方法
技术领域：
本发明关于一种用于制造高尔夫杆头的合金，特别是关于具有高强度、高硬度及配重功能的用于制造高尔夫杆头的合金。
背景技术：
常用于制造高尔夫杆头的合金，通常选用ASTM 304规格的不锈钢合金做为铸材。然而，由于上述材质受限于ASTM 304规格不锈钢本身的合金性质，其最多只能使铸造制成的杆头本体及打击面板达到约77ksi的抗拉强度及约37ksi的降伏强度，其应力承受能力略显不足。因此，为了确保打击面板具有足够的应力承受能力且不发生永久塑性变形，在铸造制程中打击面板的设计至少必须达到大于3.3mm(毫米)的安全厚度。然而，过厚的打击面板不仅会相对提高高尔夫杆头的整体重量，从而不利于调整高尔夫杆头的整体重心位置，而且也不适用于制造具有较薄壁部的超大型高尔夫杆头。同时，由于上述材质的硬度仅达到HRB80至90，因而会相对降低杆头本体的耐磨性。此外，由于上述材质的比重仅达到7.82，因而未能提供高尔夫杆头的重量调整功能。
因此，若能相对提高不锈钢合金本身的抗拉强度、硬度及比重等机械性质，则可同时具有提高应力承受能力、增加耐磨性及提供配重功能等优点。基于上述因素，确实有必要进一步改进上述用于制造高尔夫杆头的合金。
发明内容
本发明主要目的是提供一种用于制造高尔夫杆头的合金，其在不锈钢合金成份内加入特定比例的钨成份，使本发明具有相对提升机械性质及提供配重功能的功效。
本发明次要目的是提供一种用于制造高尔夫杆头的合金，其在不锈钢合金成份内加入特定比例的钨成份，使本发明具有相对提升焊接热裂敏感性及异种焊接兼容性的功效。
本发明另一目的是提供一种用于制造高尔夫杆头的合金，其在不锈钢合金成份内加入特定比例的镍及铬成份，使本发明具有相对提升耐蚀性的功效。
本发明是这样实现的一种用于制造高尔夫杆头的合金，其包含的重量百分比为碳0.08％以下、硅0.5％至2.0％、锰0.5％至2.0％、镍5.0％至15.0％、铬15.0％至30.0％、钨5.0％至15.0％及其余比例为铁。如此，形成高强度及高延展率的用于制造高尔夫杆头的合金，同时可提供高尔夫杆头的配重功能。
本发明的优点在于其在合金成份内加入特定比例的高比重成份，并适当调整合金成份中的碳、硅、锰、镍、铬、钨及铁成份的重量百分比，进而相对提升应力承受能力及耐磨性，同时提供该高尔夫杆头的配重功能。
图1为本发明较佳实施例的金相剖面(x200倍)电子显微照片。
具体实施例方式
为让本发明的上述及其它目的、特征、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，作详细说明如下请参照表一所示，其揭示本发明的较佳实施例，用于制造高尔夫杆头的合金在不锈钢合金成份内加入特定比例的钨(W)成份，并适当调整该不锈钢合金成份中各成份的比例，例如碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、镍(Ni)、铬(Cr)、钨(W)或铁(Fe)等成份的比例。
如此，本发明较佳实施例中，用于制造高尔夫杆头的合金的组成比例(以重量百分比wt％计)符合下列条件碳0.08％以下、硅0.5％至2.0％、锰0.5％至2.0％、镍5.0％至15％、铬15.0％至30.0％及钨5.0％至15.0％，其余比例为铁。本发明较佳组成比例为碳0.08％以下、硅0.5％至1.5％、锰0.5％至1.5％、镍8.0％至12％、铬15.0％至30.0％及钨8.0％至12.0％，其余比例为铁。比重为8至8.5。
表一、常用ASTM 304与本发明用于制造高尔夫杆头的合金的对照表
本发明中，高尔夫杆头的制造方法类似于中国台湾地区专利公告第586951号《高尔夫杆头之配重块(一)》、第586952号《高尔夫杆头之配重块(二)》或第589215号《高尔夫球杆头之锻造合金及其方法》等发明专利所揭示的合金制备方法，因而不予详细赘述制程及条件的相似部分。
本发明高尔夫杆头的制造方法包含下列步骤将纯铁、硅铁、锰铁、铬铁、镍及钨加入高温熔炉(例如高频炉)中，以混合成融熔合金。借助加入上述原料以调整融熔合金的碳、硅、锰、镍、铬及钨的重量百分比，并适当取样测量及控制其重量百分比分别维持在0.08％以下、0.5％至2.0％、0.5％至2.0％、5.0％至5.0％、15.0％至30.0％及5.0％至15.0％，且其余比例为铁。将上述融熔合金浇注进入精密铸造模具的模穴内，以制造预定形状的高尔夫杆头或打击面板。此外，其亦可成型为一棒材，以便于进行后续锻造制程。如附件所示，本发明用于制造高尔夫杆头的合金所制得的不锈钢合金的基地主要形成沃斯田铁相(Austenite)，及另借助钨成份使基地中形成二次相肥粒铁相(Ferrite)的金相。
再者，本发明上述冶炼制程所使用的原料也可取自纯铁、各元素(例如碳、硅、锰、铬、镍及钨)的纯金属(仅包含极少量杂质)或其铁合金(ferroalloy)。在冶炼时，本发明可根据纯铁、纯金属或铁合金的实际内含元素适当调整其个别用量，使制得的合金符合上述预设比例，以供制造用于制造高尔夫杆头的合金。另外，该不锈钢合金是根据流程及原料的差异另选择包含部份微量掺质，例如钼、铜、磷及硫等。
请参照表二所示，其揭示本发明用于制造高尔夫杆头的合金与常用的ASTM 304不锈钢合金的抗拉强度、降伏强度及伸长率等机械性质的对照表(抗拉强度为可承受的最大应力值，降伏强度为弹性变形与永久变形的临界点，kpa＝103pa)。
表二、常用ASTM 304与本发明用于制造高尔夫杆头的合金的机械性质对照表
请参照表三所示，其揭示本发明用于制造高尔夫杆头的合金与常用ASTM 304不锈钢合金的硬度、镶入性及耐蚀性等应用特性的比较。
表三、常用ASTM 304与本发明用于制造高尔夫杆头的合金的应用特性对照表
如表一所示，相较于常用ASTM 304规格不锈钢合金的合金组成物成份，本发明不锈钢合金具有钨成份(5.0％至15.0％)及微量掺质(钼1％以下及铜1％以下)。对比表一、二、三及附件一可知，本发明中碳、硅、锰、铬、磷、硫、镍、钨及其它金属成份的作用及优点如下(1)、本发明中碳成份比例在0.08％以下，例如选择为0.07％、0.06％、0.05％或0.04％等，如此可增加硬度及抗拉强度；(2)、本发明中硅成份比例介于0.5％至2.0％之间，例如选择为0.7％、0.9％、1.1％、1.4％或1.7％等，如此不但可增加融熔时的浇注流动性，且有助于时效过程中于肥粒铁相中析出碳化物，进而将铸件的抗拉强度提高至介于90kpa至110kpa之间(如表二所示)，因此有利于相对增加打击面板的应力承受能力，进而相对降低打击面板的厚度要求。这样，打击面板减厚所节省的重量将可配置到整个高尔夫杆头的其它部位，进而有利于降低高尔夫杆头的整体重心位置，或将本发明应用于杆头本体时，由于其相对常用不锈钢具有较高的比重，因此可提高杆头本体的惯性矩。进而相对增加高尔夫杆头的击球性能；(3)、本发明中锰成份比例介于0.5％至2.0％之间，例如选择为0.7％、0.9％、1.1％、1.4％或1.7％等，如此可强化沃斯田铁相，增加耐均匀腐蚀性并提升延展性，进而有利于铸造高尔夫杆头及增加后续套颈调整角度的裕度，并提升击球时的韧性；(4)、本发明中镍成份比例介于5.0％至15.0％之间，例如选择为7.0％、9.0％、11.0％或13.0％等；及铬成份介于15.0％至30.0％之间，例如选择为17.0％、19.0％、21.0％、24.0％或27％等。如此，可抑制波来铁(Pearlite)组织的产生，以形成不锈钢合金本身的耐锈蚀性(不易氧化生锈、孔蚀或均匀锈蚀)；
(5)、本发明中铬成份比例介于15.0％至30.0％之间，例如选择为17.0％、19.0％、21.0％、24.0％或27％等。如此，可抑制波来铁(Pearlite)组织的产生，同时Cr元素为肥粒铁相的稳定元素，使凝固形成沃斯田铁相与肥粒铁相双相组织，此肥粒铁相存在晶界使应力腐蚀裂缝(StressCorrosion Crack，SCC)产生被钉住效应而难以传播，借此使裂纹停止生长。另外该肥粒铁相的存在改变了沃斯田铁相的凝固柱状晶组织排列方式，亦即由原先的直线晶界排列变化为交错排列晶界，以便承受较大的机械应力，同时可承受异材为高强度钢(如基地相麻田散铁系)的焊接稀释比，特别适用于不填料焊接。
(6)、本发明中钨成份比例介于5.0％至15.0％之间，例如选择为7.0％、9.0％、11.0％或13.0％等，如此在凝固时，先析出肥粒铁相(Ferrite)，因而在高温下相对降低热膨胀系数，以避免热应力的产生。此外，该肥粒铁相可固溶较多不纯物或杂质，进而避免晶界产生缺陷，此肥粒铁相存在晶界具有钉固定(keying effect)的功效，使裂缝生长停止。再者，该肥粒铁相的存在改变了沃斯田铁相的凝固柱状晶组织排列方式，亦即由原先的直线晶界排列变化为交错排列晶界，以便承受较大的机械应力，同时可承受高强度钢(如基地相麻田散铁系)的焊接稀释比，特别适用于不填料焊接。另外，钨成份亦相对提升整体合金组成物的比重，故亦可提供制造高尔夫杆头构件时的配重功能；(7)、本发明中钼成份比例小于1％，例如选择为0.9％、0.8％、0.7％、0.6％、0.5％或0.4％等，如此可强化稳定肥粒铁相(ferrite)，以降低不锈钢合金在进行焊接时的焊接热裂敏感性，使铸造制得的打击面板具有较高的异种焊接兼容性，而适用于焊接组装制程；
(8)、本发明因制程及原料不同而可能含下列微量渗质，例如，铜成份比例小于1.0％，例如0.9％、0.8％、0.7％、0.6％、0.5％或0.4％等，以维持本发明具有良好的机械性质，避免造成材料碎化；硫成份比例在0.04％以下，例如选择为0.03％、0.02％或0.01％等；及磷成份在0.04％以下，例如选择为0.03％、0.02％或0.01％等。如此，将硫及磷成份控制于适当范围，以避免造成焊接热裂性(hot cracking)缺陷，确保不锈钢合金的焊接品质。
如上所述，相对于常用ASTM 304不锈钢合金仅具有相对较低的抗拉强度、降伏强度及硬度，因而相对降低该高尔夫杆头的应力承受力及耐磨性，本发明不锈钢合金成份内含有特定比例的钨成份及选择性加入微量掺质(钼、铜、磷及硫)，借此可在沃斯田铁相的基材上产生肥粒铁相，其确实可相对提升高尔夫杆头的机械性质及提供配重功能。
权利要求
1.一种用于制造高尔夫杆头的合金，其特征是其包含以重量百分比计为碳0.08％以下、硅0.5％至2.0％、锰0.5％至2.0％、镍5.0％至15.0％、铬15.0％至30.0％、钨5.0％至15.0％及其余比例为铁。
2.根据权利要求1所述用于制造高尔夫杆头的合金，其特征是该合金中另包含微量掺质的磷0.04％以下。
3.根据权利要求1所述用于制造高尔夫杆头的合金，其特征是该合金中另包含微量掺质的硫0.04％以下。
4.根据权利要求1所述用于制造高尔夫杆头的合金，其特征是该合金中另包含1.0％以下的钼。
5.根据权利要求1所述用于制造高尔夫杆头的合金，其特征是该合金中另包含1.0％以下的铜。
全文摘要
一种用于制造高尔夫杆头的合金，其重量百分比为碳0.08％以下、硅0.5％至2％、锰0.5％至2％、镍5.0％至15.0％、铬15.0％至30.0％、钨5.0％至15.0％及其余比例为铁。如此形成高强度及高延展率用于制造高尔夫杆头的合金，同时也可提供高尔夫杆头的配重功能。
文档编号C22C30/00GK101092676SQ200610086829
公开日2007年12月26日 申请日期2006年6月20日 优先权日2006年6月20日
发明者苏晏正, 林煌敏 申请人:复盛股份有限公司, 楠盛股份有限公司