CN101514412A - 应用于高尔夫球杆头的钛铝锡合金 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种应用于高尔夫球杆头的钛铝锡合金，其包含重量百分比的钛89％至95％、铝3.5％至6.5％、锡1.5％至3.5％。该钛铝锡合金并可选择性地添加铌、钒、钼、锆、铬、铁、硅、氧、氮等微量元素，组成延伸率在11％－15％，抗拉强度在700－950Mpa的高延伸率材料，可运用于高尔夫球杆头的本体及打击面，再以本体内部结构设计、配重结构与肋片设计，即可达到具打感佳、制震性及控球性佳且杆部可调角予以个性化的高尔夫球头产品。

Description

应用于高尔夫球杆头的钛铝锡合金

技术领域

本发明涉及一种应用于高尔夫球杆头的α钛合金材料，特别是有关一种调配钛、铝及锡重量百分比的比例，并通过添加铌、钒、钼、锆、铬、铁、硅、氧及/或氮等微量元素，以具有高延伸性的高尔夫球杆头合金材料。

背景技术

目前所开发应用于高尔夫球杆头的合金技术主要为钛合金材料，如美国专利US 2006/0045789中揭示的现有6Al-4V-Ti钛合金(即重量百分比为铝及钒，其余为钛金属)，其成分包含5.5-6.75重量百分比的Al、3.5-4.5重量百分比的钒、最大值为0.3重量百分比的铁，以及最大值为0.2重量百分比的氧。以6Al-4V-Ti钛合金制造的高尔夫球杆头，虽具有相对高于早期以不锈钢材料制成的球杆头的弹性变形力、相同的强度及更低的密度等特性，因此可在不增加高尔夫球杆头重量的前提下来增加高尔夫球杆头的体积，以使其较佳击球点的面积相对增加，以提高击球成功率。另外，该高于不锈钢的弹性变形力，可在击球时提供较大的弹性变形能力，亦能产生较大的弹性变形程度-伸长率，并可相对地减少高尔夫球在碰撞打击面板时所造成的球体压缩变形，以降低击球应力被阻尼吸收的程度，避免击球应力的能量损失，并得以进一步提升击球距离。

然而，至目前为止，在高尔夫球杆头体积大型化及多样化的个性需求下，便有需要开发低密度、高延展性，但仍保持原有机械强度，以提高设计裕度。

由此可见，上述现有的应用于高尔夫球杆头的合金在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决应用于高尔夫球杆头的合金存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。

有鉴于上述现有的应用于高尔夫球杆头的合金存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的应用于高尔夫球杆头的钛铝锡合金，能够改进一般现有的应用于高尔夫球杆头的合金，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的应用于高尔夫球杆头的合金存在的缺陷，而提供一种新的应用于高尔夫球杆头的高塑性、高延展率的钛铝锡合金，所要解决的技术问题是使其能调整高尔夫球杆头的弹性变形能力，从而更加适于实用。

本发明的另一目的在于，提供一种应用于高尔夫球杆头的钛铝锡合金，所要解决的技术问题是使其高延展率的钛铝锡合金，并可利用微量的改质元素，对钛铝锡合金进行改质微调，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种应用于高尔夫球杆头的钛铝锡合金，其重量百分比包含：钛89％至95％、铝3.5％至6.5％以及锡1.5％至3.5％。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的应用于高尔夫球杆头的钛铝锡合金，其中所述的钛铝锡合金组成的密度范围为4.25至4.45g/cm³。

前述的应用于高尔夫球杆头的钛铝锡合金，其中所述的钛铝锡合金是以延伸率在11％-15％、抗拉强度在700-950Mpa的钛合金，应用铸造、锻造或机械加工成型。

前述的应用于高尔夫球杆头的钛铝锡合金，其中所述的钛铝锡合金更包含一改质元素，该改质元素是选自铌、钒、钼、锆、铬、铁、硅、氧及氮所组成的群组。

前述的应用于高尔夫球杆头的钛铝锡合金，其中所述的改质元素包含铌2％以下。

前述的应用于高尔夫球杆头的钛铝锡合金，其中所述的改质元素包含钒2％以下。

前述的应用于高尔夫球杆头的钛铝锡合金，其中所述的改质元素包含钼2％以下。

前述的应用于高尔夫球杆头的钛铝锡合金，其中所述的改质元素包含锆2％以下。

前述的应用于高尔夫球杆头的钛铝锡合金，其中所述的改质元素包含铁1％以下。

前述的应用于高尔夫球杆头的钛铝锡合金，其中所述的改质元素包含硅1％以下。

前述的应用于高尔夫球杆头的钛铝锡合金，其中所述的改质元素包含氧0.3％以下。

前述的应用于高尔夫球杆头的钛铝锡合金，其中所述的改质元素包含氮0.05％以下。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种应用于高尔夫球杆头的钛铝锡合金，其特征在于其重量百分比包含：钛89％至95％、铝3.5％至6.5％、锡1.5％至3.5％、铌≤2％、钒≤2％、钼≤2％、锆≤2％、铬≤2％、铁≤1％、硅≤1％、氧≤0.3％及氮≤0.05％，其组成的密度范围为4.25至4.45g/cm³。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明的主要技术内容如下：本发明所提出的一种钛铝锡合金，其重量百分比包含：钛89至95％，铝3.5至6.5％，锡1.5％至3.5％密度范围为4.25至4.45g/cm³。上述的钛铝锡合金是以延伸率在11％-15％、抗拉强度在700-950Mpa的钛合金，以铸造、锻造或机械加工成型。

本发明所提出的另一种钛铝锡合金，其重量百分比包含：钛89％至95％、铝3.5％至6.5％、锡1.5％至3.5％、铌≤2％、钒≤2％、钼≤2％、锆≤2％、铬≤2％、铁≤1％、硅≤1％、氧≤0.3％及氮≤0.05％，其组成的密度范围为4.25至4.45g/cm³。

借由上述技术方案，本发明应用于高尔夫球杆头的钛铝锡合金至少具有下列优点：本发明的钛铝锡合金中的钛及铝的含量较习用6Al-4V-Ti高，铝含量的提高对于提高合金的常温和高温强度、降低比重、增加弹性模量有明显效果；铌、钒、钼、锆、铬、铁为β稳定元素，与6Al-4V-Ti相比，钒的添加量大为减少，从而降低了钛铝锡合金的制造成本。又本发明具有良好的热加工成型性，易于工厂量产，且其密度也低于同类合金，有利于高尔夫球杆头的大型化，并而提高其设计裕度。

综上所述，本发明特殊的应用于高尔夫球杆头的钛铝锡合金，其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类产品中未见有类似的结构设计公开发表或使用而确属创新，其不论在产品或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的应用于高尔夫球杆头的钛铝锡合金具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

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是本发明应用于高尔夫杆头的钛铝锡合金实施例的放大50倍金相图。

图2是本发明应用于高尔夫杆头的钛铝锡合金实施例的放大100倍金相图。

图3是本发明应用于高尔夫杆头的钛铝锡合金实施例的放大200倍金相图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的应用于高尔夫球杆头的钛铝锡合金其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

请参照图1、图2及图3所示，本发明第一实施例的钛铝锡合金，其合金元素的重量百分比包含：钛89％至95％、铝3.5％至6.5％以及锡1.5％至3.5％，其组成的密度范围为4.25至4.45g/cm³，延伸率在11％-15％、抗拉强度在700-950Mpa的钛合金，应用铸造、锻造或机械加工成型。

本发明另可通过添加微量的改质元素，如由铌、钒、锆、铬、钼、铁、硅、氧及氮等元素组成的群组中选择，来调整其特性，例如，可通过添加微量的铌，来提升合金的强度，但不致减低其延伸特性；可通过相对地降低钒的添加量，来提高铸造时的流动性及辅助除气效果，但仍不致影响原合金的机械性质；可通过添加微量的钼，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现象，亦可增加合金硬化能力及高温强度；可通过添加微量的锆，使成型后的合金经热处理时提升材料的强度而不易变形，更可配合钼的添加，形成高强度与高韧性；可通过添加适量的铬，来提升合金的防锈耐蚀性，增加高尔夫球杆头的使用寿命；可通过添加微量的铁，以具有良好的塑性，便于加工处理的施行；通过添加微量的硅，以改善熔融金属的流动性。本发明中所选择添加的改质元素中，其含量百分比为铌≤2％、钒≤2％、钼≤2％、锆≤2％、铬≤2％、铁≤1％、硅≤1％、氧≤0.3％及氮≤0.05％。

以下将本发明的较佳的实施例与习用6Al-4V-Ti钛合金的特性比较如下列表1所示：

表1

材质	抗拉强度(Mpa)	0.2％降伏强度(MPa)	延长率(％)	硬度(HRC)
					现有的6Al-4V-Ti	830-900	760-830	3-5	30-35
本发明实施例5Al-2.5Sn-Ti	775-765	715-730	11-15	26-27

相较于现有的6Al-4V-Ti合金，本发明通过降低钒的元素含量，可降低合金密度并增加其韧性，而获得优异的延展塑性，又能保持低密度的特性。

本发明的实施例与现有的钛合金的元素组成比较表如下列表2所示：

表2

成分(wt％)	现有的6Al-4V-Ti	本发明实施例之一5Al-2.5Sn-Ti
			铝(Al)	5.5-6.75	5.28-5.87
锡(Sn)	＜0.001	1.61-1.75
			钒(V)	3.5-4.5	＜0.001
碳(C)	0.1↓	0.007-0.010
			氮(N)	0.05↓	0.009-0.0109
氧(O)	0.2↓	0.06-0.119
			铁(Fe)	0.3↓	0.0986-0.14
硅(Si)	0.1↓	0.0114-0.03

上述实施例的合金材料是以钛铝锡合金为主要合金，其以延伸率在11-15％(8％以上)，抗拉强度在700-950(650Mpa以上)的钛合金，以铸造、锻造、机械加工而成型。

本发明的强度及延展性较高，适合作为高尔夫球杆头的本体以及打击面，当然亦可以其他刚性较佳的的材料成为打击面：材料组成可为6Al-4V-Ti钛合金、β钛合金等，以铸造、锻造、机械加工而成型。本发明的高延展性本体加上高强度打击面板的材料组合，于本体内部结构设计再辅以配重结构与肋片设计，即可达到具打感佳(制震性佳)及控球性佳且杆部可调角予以个性化的高尔夫球头产品，其本发明8Al-Ti与习用6Al-4V-Ti的加工性能比较列表如表3所示。

表3

加工性能	现有的6Al-4V-Ti	本发明实施例之一5Al-2.5Sn-Ti
			冷调角	材料性质相较为脆，调角至1.5度球头杆部会发生裂痕。	材料性质相较为软韧，调角至3.5度球头杆部无发生任何裂纹。
平均每颗球头加工量	1.5g	1.35g
			平均每颗球头研磨量	12g	10.63g

另外，本发明以5Al-2.5Sn-Ti材料为实施例制成高尔夫球头本体再焊以SP700高强度钛合金为打击面，经炮击专用高尔夫球(球规格为90)55.8m/s炮击速度，通过3000下炮击测试，打击面板与球头本体经目视与探伤测试均无破裂及裂痕。

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技术内容作出些许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。

Claims (13)

1.一种应用于高尔夫球杆头的钛铝锡合金，其特征在于其重量百分比包含：钛89％至95％、铝3.5％至6.5％以及锡1.5％至3.5％。

2.根据权利要求1所述的应用于高尔夫球杆头的钛铝锡合金，其特征在于其中该钛铝锡合金组成的密度范围为4.25至4.45g/cm³。

3.根据权利要求1所述的应用于高尔夫球杆头的钛铝锡合金，其特征在于其中该钛铝锡合金是以延伸率在11％-15％、抗拉强度在700-950Mpa的钛合金，应用铸造、锻造或机械加工成型。

4.根据权利要求1所述的应用于高尔夫球杆头的钛铝锡合金，其特征在于其中该钛铝锡合金更包含一改质元素，该改质元素是选自铌、钒、钼、锆、铬、铁、硅、氧及氮所组成的群组。

5.根据权利要求4所述的应用于高尔夫球杆头的钛铝锡合金，其特征在于其中该改质元素包含铌2％以下。

6.根据权利要求4所述的应用于高尔夫球杆头的钛铝锡合金，其特征在于其中该改质元素包含钒2％以下。

7.根据权利要求4所述的应用于高尔夫球杆头的钛铝锡合金，其特征在于其中该改质元素包含钼2％以下。

8.根据权利要求4所述的应用于高尔夫球杆头的钛铝锡合金，其特征在于其中该改质元素包含锆2％以下。

9.根据权利要求4所述的应用于高尔夫球杆头的钛铝锡合金，其特征在于其中该改质元素包含铁1％以下。

10.根据权利要求4所述的应用于高尔夫球杆头的钛铝锡合金，其特征在于其中该改质元素包含硅1％以下。

11.根据权利要求4所述的应用于高尔夫球杆头的钛铝锡合金，其特征在于其中该改质元素包含氧0.3％以下。

12.根据权利要求4所述的应用于高尔夫球杆头的钛铝锡合金，其特征在于其中该改质元素包含氮0.05％以下。

13.一种应用于高尔夫球杆头的钛铝锡合金，其特征在于其重量百分比包含：钛89％至95％、铝3.5％至6.5％、锡1.5％至3.5％、铌≤2％、钒≤2％、钼≤2％、锆≤2％、铬≤2％、铁≤1％、硅≤1％、氧≤0.3％及氮≤0.05％。

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