高尔夫球杆头合金及其制作杆头打击面板板材的方法
【专利摘要】本发明是一种具有低密度、高强度的高尔夫球杆头合金及其制作高尔夫球杆头打击面板板材的方法，其包括：以重量百分比计7～9.5%的铝、0.5～2%的钒、0.05～0.4%的硅、0.4%以下的铁、0.15%以下的氧、0.1%以下的碳、0.05%以下的氮，其余部份为钛所构成，且该合金的密度为4.32～4.35g/cm3；以及，利用该合金制作高尔夫球杆头的打击面板板材，使得应用该板材制成高尔夫杆头打击面板时可具有轻量化且兼具较佳击球性能的优势。
【专利说明】高尔夫球杆头合金及其制作杆头打击面板板材的方法
【技术领域】
[0001] 本发明是关于一种高尔夫球杆头合金及高尔夫球杆头的打击面板板材的制作方 法；特别关于一种低密度高韧性的高尔夫球杆头合金，以及可使用该合金制作出具较佳打 击耐久性的高尔夫球杆头打击面板板材的方法。
【背景技术】
[0002] 现有技术多通过SUS630或SUS431 (即美国钢铁协会AISI标准630型或431型） 等不锈钢材的精密浇注方式，以制作出如杆头本体、打击面板、盖板或配重块等等的高尔夫 球杆头构件。但却因不锈钢材的密度较大且强度较低，故制成高尔夫球杆头的各构件时，往 往需达某一厚度以上方可符合球杆头的强度要求，就此反而降低了可调整高尔夫球杆头重 心位置的欲度，使得成形后的高尔夫球杆头的打击效果并不甚理想。
[0003] 为了能调整高尔夫球杆头的重心位置，以得到更好的击球性能，业者多选择从打 击面板的制作着手，将自打击面板省下来的重量重新配置于球杆头的其他部分，以改变高 尔夫球杆头的重心至适当位置。
[0004] 就金属材料而言，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，而 更呈现出较佳的弹性变形能力，故如Ti-6A1-4V (即重量百分比6%的铝、4%的钒掺混钛金 属而制成）等的钛合金材料遂应运而生；以当借钛合金制作高尔夫球杆头的打击面板时，不 仅可控制该球杆头的重量而适度调整其重心位置，更可通过钛合金具有的较佳弹性变形能 力，而在击球过程中减少高尔夫球碰撞打击面板所造成的球体压缩变形，以相对较低击球 应力的能量损失，就此增进击球距离。
[0005] 然而，高尔夫球杆头的打击面板是于打击时主要用来与高尔夫球直接接触的 受力面，故其强度、延展性、韧性等机械性质仍需具有相当程度；但就目前如Ti-6A1-4V 等钛合金而言，虽能制成较薄化的打击面板，以使打击面板符合国际规范的CT值（即 Characteristic time)而就此加剧打击时的击球距离，却也因薄化而影响打击面板于炮击 耐久测试时的结果，其冲击韧性显然不甚理想，致使打击面板易于疲乏而不堪使用。
[0006] 有鉴于前述，本发明确实有必要发展一种具有低密度且可用以制作出具较佳打击 耐久性的高尔夫球杆头合金，以用来制作高尔夫球杆头的打击面板板材，进而解决如上所 述的问题。
【发明内容】
[0007] 本发明主要目的乃改善上述问题，以提供一种具有高强度及低密度的高尔夫球杆 合金。
[0008] 本发明次一目的是提供一种制作高尔夫球杆打击面板板材的方法，其能够成型具 有较佳冲击韧性且呈轻量化的打击面板板材，以增进打击面板板材的击球效能并维持其使 用寿命。
[0009] 为达前述发明目的，本发明高尔夫球杆头合金，包括：以重量百分比计7?9. 5%的 铝、0. 5?2%的钒、0. 05?0. 4%的硅、0. 4%以下的铁、0. 15%以下的氧、0. 1%以下的碳、0. 05% 以下的氮，其余部份为钛所构成，且该合金的密度为4. 32?4. 35g/cm3。
[0010] 其中，以重量百分比计，该合金所含的铝为7. 5?8. 5%、钒为1. 0?1. 5%的、硅为 0. 15?0. 25%、铁为0?0. 4%、氧0. 15%以下、碳为0. 1%以下、氮为0. 05%以下，其余为钛， 且该合金的密度为4. 33g/cm3。
[0011] 为达前述发明目的，本发明另提供一种以前述高尔夫球杆头合金制作高尔夫球杆 头打击面板板材的方法，包含：将该高尔夫球杆合金熔炼成一钛合金棒，并于890?1200°C 重复加热，以锻打至该钛合金棒成扁平状的板胚；热轧该板胚，使得该板胚于850°C以上被 压缩至其薄化，且经二次热轧，致使该板胚的压缩量为70?75%，以成型出一薄板胚；及冷 乳该薄板胚至形成厚度为1?5毫米的一合金板件，且经退火、修磨而构制成一高尔夫球杆 的打击面板板材。
[0012] 其中，于该钛合金棒锻打过程中，加热温度为1150°c，且重复2?4次加热锻打该 钛合金棒，以至其形成扁平状的该板胚。
[0013] 其中，于热轧该板胚的过程中，于1020°c作第一火的热轧，且待该板胚经热轧作用 后，致使该板胚的厚度压缩量为73%，再通过1020°C作第二火的热轧，而使该板胚的厚度压 缩量为75%。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1是本发明与现有板件于塑性变形的拉伸示意图。
[0015] 图2是本发明与现有的CT值比较示意图。
[0016] 图3是本发明与现有的炮击耐久测试比较示意图。
【具体实施方式】
[0017] 为让本发明的上述及其他目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举本发明的较 佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：
[0018] 本发明高尔夫球杆头合金可用以制造高尔夫球杆的各部位构件，较佳是以使用该 合金制成高尔夫球杆头的打击面板为例；于下详述该高尔夫球杆头合金的组成份及以其构 制打击面板板材的工艺。
[0019] 该高尔夫球杆头合金包含有以重量百分比计7?9. 5%的铝、0. 5?2%的钒、 0. 05?0. 4%的硅、0. 4%以下的铁、0. 15%以下的氧、0. 1%以下的碳、0. 05%以下的氮，且其余 部份为钛所构成；如此，经前述元素组成的该合金的密度可以为4. 32?4. 35g/cm3。
[0020] 较佳的，本实施例是选择以重量百分比计7. 5?8. 5%的铝、1. 0?1. 5%的钒、 0. 15?0. 25%的硅、0. 25?0. 4%的铁、0. 15%以下的氧、0. 1%以下的碳及0. 05%以下的氮 共同与89?91%的钛组成密度为4. 33g/cm3的钛铝钒合金；使得本发明高尔夫球杆头合金 可通过钛、铝、钒的相匹配混掺来降低其合金密度，且同时维持良好的机械性质，以便再借 助其他如硅、铁、氧、碳或氮等适量元素的添加，增进其冲击韧性，以利于该合金加工制作成 高尔夫球杆头的各部位构件。
[0021] 承上所述，本发明以使用该合金制作高尔夫球杆头的打击面板为例，该制作高尔 夫球杆头打击面板的方法，包含以下步骤：
[0022] 第一步骤是将该高尔夫球杆合金熔炼成一钛合金棒，并于890?1200°C重复加 热，以锻打至该钛合金棒成扁平状的板胚。详言之，本实施例可先将由铝、钒、硅、铁、氧、碳、 氮混掺钛所形成的合金包以电极挤压方式形成膨松的一钛棒材，再将该钛棒材置于一电弧 式熔解炉中，使该钛棒材熔融冷却后形成该钛合金棒，该钛合金棒是由重量百分比计7? 9. 5%的铝、0. 5?2%的钒、0. 05?0. 4%的硅、0. 4%以下的铁、0. 15%以下的氧、0. 1%以下的 碳、0. 05%以下的氮及平衡量的钛所构成；其中，本实施例较佳是通过二次熔炼成形该钛合 金棒，确保成分均匀且不致于内部产生过甚的细孔，具较佳品质。
[0023] 续上述，使符合预定配比的该钛合金棒经1700°C以上的真空电弧熔融于水冷铜坩 锅模具内，且在小于1200°C之下(较佳是预热到1150°C)经2?4次加热锻打，以形成呈扁 平状的板胚；以上，若加热温度高于1200°C时，则可能会因高温氧化而致使板胚成型过程 的氮氧含量受到影响，以就此改变锻造后的板胚组成份；且若终锻该钛合金棒的温度小于 890°C，则可能会使该钛合金棒的塑性变行能力下降、不易变形，而就无法以此成型该板胚。
[0024] 经第一步骤获得该板胚后，第二步骤遂热轧该板胚，使得该板胚于850°C以上被轧 延至其薄化，且再经二次热轧，致使该板胚的轧延量达70?75%，以成型出一薄板胚。其中， 经第一火及第二火热轧该板胚的温度若小于850°C，则可能造成该板胚于热轧过程产生轧 裂；且经热轧的该板胚压缩量若高于75%，则同样会造成该板胚的轧裂。举例而言，本实施 例较佳是选择于l〇20°C之下作第一火之热轧，且待该板胚经约90分钟的预热后，致使该板 胚的厚度可自75毫米被压缩至20毫米，就此确保该板胚经第一火热轧的压缩量维持约73% 为佳；且于裁切、修磨后，再通过1020°C作第二火的热轧，并维持约40分钟的预热，使得该 板胚的厚度可自20毫米持续被压缩至5. 2毫米，且同样维持该板胚的压缩量不超过75%为 佳，以就此轧制呈薄化的该薄板胚。
[0025] 接着第二步骤所成形的薄板胚，第三步骤是冷轧该薄板胚至形成厚度为1?5毫 米的一合金板件，且经退火修磨而构制成一高尔夫球杆头的打击面板板材。详言之，通过冷 轧可再次对该薄板胚作轧制，以致使该薄板胚渐被压缩至所预定需求的板厚，并配合反复 的退火处理而完成该合金板件的制作；例如，本实施例是通过二次冷轧，而致使该薄板胚的 厚度可自5. 2毫米持续被压缩至2?5毫米的预定板厚，且最终在经修磨、热压平后，制成 可应用于高尔夫球杆头的打击面板板材；并且，随后再经下料成型等步骤，以该打击面板板 材制成高尔夫球杆的打击面板。
[0026] 甚者，本发明还可选择于操作第三步骤之前，先通过退火、酸洗、修磨等步骤对 该薄板胚作预处理；本实施例特别是选择以热处理炉作退火处理，以使该薄板胚可于 800°C?900°C下经退火作用约50?80分钟，进而维持该薄板胚的加工性。以上的，关于各 个步骤间所操作的退火、酸洗、修磨或热压平等步骤多为本领域惯用技术手段，容不在此赘 述及限制。
[0027] 综上所述，通过前述工艺，遂能够将本发明高尔夫球杆头合金应用于高尔夫球杆 头的打击面板板材的制作，并就此与现有钛合金所制成的打击面板板材相较，以实际测试 呈现出较佳优异的特性，其详列如下。
[0028] 如表一，其是以本发明高尔夫球杆头合金所制成的打击面板板材（简称T9S)所呈 现的机械性质；且如表二，其是本发明T9S打击面板板材与现有6_4Ti打击面板板材相较下 所呈现有关机械性质的数据。
[0029] 表一：本发明T9S的机械性质(伸长率是以1 inches为测试单位)。
[0030]
【权利要求】
1. 一种高尔夫球杆头合金，其特征在于，包括： 以重量百分比计7?9. 5%的铝、0. 5?2%的钒、0. 05?0. 4%的硅、0. 4%以下的铁、 0. 15%以下的氧、0. 1%以下的碳、0. 05%以下的氮，其余部份为钛所构成，且该合金的密度为 4. 32 ?4. 35g/cm3。
2. 如权利要求1所述的高尔夫球杆头合金，其特征在于，以重量百分比计，该合金所含 的铝为7. 5?8. 5%、钒为L 0?L 5%、硅为0· 15?0· 25%、铁为0?0· 4%、氧0· 15%以下、 碳为〇. 1%以下、氮为〇. 05%以下，其余为钛，且该合金的密度为4. 33g/cm3。
3. -种如权利要求1所述的高尔夫球杆头合金制作高尔夫球杆头打击面板板材的方 法，其特征在于，其包含步骤 ： 将该高尔夫球杆合金熔炼成钛合金棒，并于890?120(TC重复加热，并锻打至该钛合 金棒成扁平状的板胚； 热轧该板胚，使得该板胚于850°C以上被压缩至其薄化，且经二次热轧，致使该板胚的 压缩量为70?75%，以成型出薄板胚；及 冷轧该薄板胚至形成厚度为1?5毫米的合金板件，且经退火修磨而构制成高尔夫球 杆的打击面板板材。
4. 如权利要求3所述的制作高尔夫球杆头打击面板板材的方法，其特征在于，于该钛 合金棒锻打过程中，加热温度为1150°C，且重复2?4次加热锻打该钛合金棒，以使其形成 扁平状的该板胚。
5. 如权利要求3或4所述的制作高尔夫球杆头打击面板板材的方法，其特征在于，于热 轧该板胚的过程中，是于1020°C作第一火的热轧，且待该板胚经热轧作用后，使该板胚的厚 度压缩量为73%，再通过1020°C作第二火的热轧，而使该板胚的厚度压缩量为75%。
【文档编号】C22F1/18GK104060124SQ201310091034
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年3月21日 优先权日:2013年3月21日
【发明者】蒋铭瑞, 张钧富 申请人:复盛应用科技股份有限公司