TWI426939B - 高爾夫球桿頭合金及其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種合金及其製造方法,特別是一種高爾夫球桿頭合金及其製造方法。
一般而言,為了符合不同使用者的需求,通常高爾夫球桿頭一體成型之套頸需要具有易於調整傾角之特性,以符合使用者之需求。因此,習用高爾夫球桿頭通常係以低硬度之軟鐵類材質製成,例如以低碳鋼或低合金鋼等材質製成,使得高爾夫球桿頭之套頸具有前述易於調整傾角之特性。然而,該些軟鐵類材質卻具有易於氧化而不耐鏽蝕之缺點。
為改良上述缺點,中華民國公告第438610及460306號皆有揭示以以SUS17-4PH規格之不鏽鋼材質製成該高爾夫球桿頭,使得所製成之高爾夫球桿頭可同時具有低硬度及較佳之耐鏽蝕性。
該SUS17-4PH之機械性質及熱處理值分別如表一及表二所示。
表一、SUS17-4PH之機械性質(棒材理論值)
表二、SUS17-4PH之熱處理值
其中,表二中之註A的鑄造熱處理係指:固溶處理1040℃均溫60分鐘氮氣冷卻,時效處理580℃持溫90分鐘;註B的鑄造熱處理係指:固溶處理1040℃均溫60分鐘氮氣冷卻,時效處理538℃持溫240分鐘;註C的鑄造熱處理係指:固溶處理1040℃均溫60分鐘氮氣冷卻,時效處理482℃持溫240分鐘;註D的板材一般熱處理係指:固溶處理1040℃均溫60分鐘氮氣冷卻,時效處理482℃持溫240分鐘。
由表一及表二可得知,由於該SUS17-4PH不鏽鋼中,鎳成分所佔比例僅約4.0wt%,因此延性較差,且仍然具有較高之降伏強度值。若以該SUS17-4PH不鏽鋼作為高爾夫球桿頭之材質,則該高爾夫球桿頭可能因延性較差或降伏強度較高而造成調角不易之缺點。
基於上述原因,其有必要進一步改良上述習用高爾夫球桿頭合金及其製作方法。
本發明目的乃改良上述缺點,以提供一種高爾夫球桿頭合金,透過調整銅/鎳比,以降低高爾夫球桿頭合金之硬度、抗拉強度及降伏強度為目的。
本發明次一目的係提供一種高爾夫球桿頭合金,以使該合金同時具有沃斯田鐵相、肥粒鐵相及麻田散鐵相之組織。
本發明次一目的係提供一種高爾夫球桿頭合金之製作方法,以將具有特定銅/鎳比之配比製作為同時具有沃斯田鐵、肥粒鐵及麻田散鐵組織之合金。
根據本發明的高爾夫球桿頭合金,係包含:以重量百分比計2.5~4.0%之銅、5.0~6.0%之鎳及15~18%之鉻,殘餘部分為鐵及不可避免之雜質所構成,其中,銅/鎳比係為0.4~0.8,且該合金同時具有沃斯田鐵相、肥粒鐵相及麻田散鐵相之組織。
根據本發明的高爾夫球桿頭合金之製造方法,係包含:一熔融步驟,依序將母合金、矽鐵、錳鐵、鉻鐵、鉬鐵、銅及鎳加入高溫熔爐中,使該些金屬熔融混合;一比例維持步驟,使該些熔融後之混合金屬包含有以重量百分比計2.5~4.0%之銅、5.0~6.0%之鎳及15~18%之鉻,且銅/鎳比係為0.4~0.8,殘餘部分為鐵及不可避免之雜質所構成,並維持該比例,使該熔融混合金屬可形成兼具有沃斯田鐵相、肥粒鐵相及麻田散鐵相之合金;及一桿頭鑄造步驟,將該合金進行精密鑄造以形成一高爾夫球桿頭。
為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂,下文特舉本發明之較佳實施例,並配合所附圖式,作詳細說明如下:請參照第1圖所示,本發明之高爾夫球桿頭合金之製造方法主要係包含一熔融步驟S1、一比例維持步驟S2及一桿頭鑄造步驟S3。
請、參照第1圖所示,本發明之熔融步驟S1係依序將母合金、鉻鐵、銅及鎳等配料加入高溫熔爐中,使該些配料熔融混合。更詳言之,前述該些以銅、鉻、鎳及鐵為主要成分之配料受高溫熔爐[例如高週波爐]熔融後,便混合形成具有特定組成比例及特定組成相之銅、鎳、鉻及鐵等元素之合金材質,以供後續做為高爾夫球桿頭之基材[matrix]。其中,本實施例所使用之母合金除鐵以外係包含以重量百分比計0.04%之碳、0.80%之矽、1.00%之錳、6.38%之鎳、22.9%之鉻、0.90%之鉬、0.03%之磷及0.01%之硫。當然,亦可依據需求變換成不同配料來源,而熔融形成具有相同組成比例之鐵合金材質。
此外,本發明較佳係依特定熔融順序將母合金、矽鐵、錳鐵、鉻鐵、鉬鐵、銅、鎳等配料加入高溫熔爐[例如高週波爐]中進行合金熔煉製程,使得該熔融合金中另包含矽、錳及鉬等其他成分,進而使得熔煉出來之合金可具有適當之特性。再且,依特定熔融順序加入該些配料可以避免在配料熔融時發生沈澱現象及防止後續製成之桿頭成品良率低落之問題。再且,本實施例較佳係使用呈現細粒狀態之前述配料,並盡可能以少量多次之方式緩慢加入該高溫熔爐中,以避免因大量加入該配料,造成該配料無法完全熔融而黏結成團塊狀,進而造成使得高溫熔爐內部產生空穴或氣泡而產生危險性。
請再參照第1圖所示,本發明之比例維持步驟S2係使前述該些配料之重量百分比維持在:2.5~4.0%之銅、5.0~6.0%之鎳、15~18%之鉻,殘餘部分為鐵及不可避免之雜質,且使該銅/鎳比係為0.4~0.8,以使該些配料可共同形成同時兼具有沃斯田鐵相、肥粒鐵相及麻田散鐵相之組織。更詳言之,當前述配料依序加入高溫熔爐以形成熔融合金後,接著則取樣測量熔融合金之重量組成比例,以確保該配料之重量百分比維持在:2.5~4.0%之銅、5.0~6.0%之鎳及15~18%之鉻,殘餘部分為鐵(65~75%)及不可避免之雜質,且使該銅/鎳比為0.4~0.8。該熔融合金中銅的組成比例更佳係為2.8~3.5%(以重量百分比計),鉻的更佳比例係為15.5~17%(以重量百分比計)。透過使該熔融合金維持於該特定之組成比例及銅/鎳比,使得該熔融合金冷卻固化後能形成兼具沃斯田鐵相[austenite]、肥粒鐵相[ferrite]及麻田散鐵相之合金材質。其中,本案透過提高該鎳之比例,以提升整體合金之延性;再且,若該熔融合金中之銅/鎳比低於0.4,則銅之比例相對較低,鎳之比例相對較高,冷卻固化後所形成之合金的強度可能不足;若該熔融合金中之銅/鎳比高於0.8,則銅之比例相對較高,鎳之比例相對較低,冷卻固化後所形成之合金的硬度可能過高,而不利於作為高爾夫球桿頭後續進行調角之動作。因此,本案另透過使該銅/鎳比介於0.4~0.8,使得該合金可同時具有低硬度及適當之強度。其中,該合金中可另包含其他金屬成分或部分雜質,例如其他金屬成分以重量百分比計為0.65~0.81%之矽、0.66~0.78%之錳或0.002~0.125%之鉬,雜質如碳(C)、硫(S)或者磷(P)等成分,以重量百分比計碳較佳係低於0.06%,硫較佳係低於0.019%,磷較佳係低於0.027%。
如前所述,本發明係藉由預定組成比例之鐵等各種元素以及特定之銅/鎳比構成兼具沃斯田鐵相、肥粒鐵相及麻田散鐵相之合金材質,使製成之合金材質能兼具肥粒鐵相、沃斯田鐵相及麻田散鐵相之優點[例如肥粒鐵相之耐孔蝕性及低硬度,沃斯田鐵相之耐均勻鏽蝕性及耐衝擊性,以及麻田散鐵相之高耐磨性],並同時降低該三種鐵相之缺點[例如肥粒鐵相之低韌性及易發生σ相脆化問題,沃斯田鐵相之易發生孔蝕問題,以及麻田散鐵相之耐蝕性不佳問題]。如此,使本發明之高爾夫球桿頭合金可具有適當之低硬度、高延性等良好的機械性質。
請再參照第1圖所示,本發明之桿頭鑄造步驟S3係以該合金進行精密鑄造,以形成預定形狀之高爾夫桿頭。更詳言之,待確認該熔融合金符合前述預定之配比及銅/鎳比後,在出爐前進行除氣及除渣後,即可將其直接澆注進入用以精密鑄造之一模具內,供製造預定形狀之高爾夫球桿頭[及/或其擊球面板],如此完成澆鑄之高爾夫球桿頭不需經由熱處理,即可進行震殼、去澆口、切邊、研磨、調角、磨光等步驟以製成鐵桿或木桿之桿頭成品,且製得桿頭之材質將兼具沃斯田鐵相、肥粒鐵相及麻田散鐵相之混合組成相,進而具有適當之低硬度、高耐鏽蝕性及高延展性等特性。尤其該低硬度及高延性之特性將使桿頭在鑄造時具有較佳流動性及成型性,以減少產生渣孔及氣孔;再且,該低硬度之特性將使桿頭具有較大之可塑性,而易於進行調角。
其中,該高爾夫球桿頭於鑄造完成後,若進一步與一擊球面板進行焊接時,係於焊接後選擇以高溫回火處理,以去除焊接產生之應力。
綜上所述,透過前述之製程,便可獲得本案之高爾夫球桿頭用之合金,該合金主要係包含以重量百分比計15~18%之鉻、2.5~4.0%之銅及5.0~6.0%之鎳,殘餘部分為鐵及不可避免之雜質所構成,其中,銅/鎳比係為0.4~0.8,且該合金同時具有沃斯田鐵相、肥粒鐵相及麻田散鐵相之組織。藉此,以使該高爾夫球桿頭用之合金具有低硬度、高延性及高耐蝕性,有利於高爾夫球桿頭之調角。其中,該合金較佳係另包含0.65~0.81%之矽、0.66~0.78%之錳及0.002~0.125%之鉬,以適當調整該合金之特性。
請參照表一至表三所示,表一係為本案與習用SUS17-4PH不鏽鋼之組成差異表。表二係為本發明之高爾夫球桿頭用之合金的各種不同實施例之成分表。表三係為本發明各種不同實施例之機械性質表。
由結果可明顯得知,本案透過提高鎳之組成,並同時控制銅/鎳比介於0.4~0.8之間,可以降低合金之硬度,並可降低該合金之降伏強度,有利於高爾夫球桿頭之調角。
表一、本發明及習用高爾夫球桿頭合金之組成比例之對照表[單位為wt%]。
表二、本發明及習用高爾夫球桿頭合金之物理性質之對照表。
表三、本發明及習用高爾夫球桿頭合金之機械性質之對照表。
請再參照第2及3圖,其係將本發明之高爾夫球桿頭合金於鑄造後,以10g K3
Fe(CN)6
+10g KOH+100ml H2
O之腐蝕液進行腐蝕後之合金材料的金相組織圖。該第2及3圖分別為本發明之合金200倍及500倍放大之顯微組織圖,由圖可得知其為包含肥粒鐵、沃斯田鐵及麻田散鐵三相共存之Fe-Cr-Ni合金,亦即同時擁有三相之強度及延性等特點。可驗證本案之合金透過適當控制銅/鎳比,確實可使該合金同時具有肥粒鐵、沃斯田鐵及麻田散鐵三相共存之結構。
綜上所述,本發明高爾夫球桿頭合金係以特定比例之
銅/鎳比製作該合金,以降低該合金之硬度、抗拉強度及降伏強度,使得該合金用於製作高爾夫球桿頭具有易於調角之優點。
本發明高爾夫球桿頭合金係以特定比例之銅/鎳比製作該合金,使得該合金同時具有沃斯田鐵相、肥粒鐵相及麻田散鐵相之組織。
本發明高爾夫球桿頭合金之製作方法係透過調整特定之銅/鎳比,用以製作出前述具有低硬度之三相不鏽鋼合金。
雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示,然其並非用以限定本發明,任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內,相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
第1圖:本發明之高爾夫球桿頭合金之製造方法的流程圖。
第2圖:本發明之高爾夫球桿頭合金之金相組織圖(200倍)。
第3圖:本發明之高爾夫球桿頭合金之金相組織圖(500倍)。
Claims (15)
- 一種高爾夫球桿頭合金,包含:以重量百分比計2.5~4.0%之銅、5.0~6.0%之鎳、15~18%之鉻,殘餘部分為鐵及不可避免之雜質所構成,其中,銅/鎳比係為0.4~0.8,且該合金同時具有沃斯田鐵相、肥粒鐵相及麻田散鐵相之組織。
- 依申請專利範圍第1項所述之高爾夫球桿頭合金,其中,該合金中係包含有以重量百分比計2.8~3.5%之銅。
- 依申請專利範圍第1項所述之高爾夫球桿頭合金,其中,該合金中係包含有以重量百分比計15.5~17%之鉻。
- 依申請專利範圍第1項所述之高爾夫球桿頭合金,其中,該合金中另包含有以重量百分比計0.65~0.81%之矽。
- 依申請專利範圍第1項所述之高爾夫球桿頭合金,其中,該合金中另包含有以重量百分比計0.66~0.78%之錳。
- 依申請專利範圍第1項所述之高爾夫球桿頭合金,其中,該合金中另包含有以重量百分比計0.002~0.125%之鉬。
- 依申請專利範圍第1項所述之高爾夫球桿頭合金,其中,該合金中另包含有以重量百分比計低於0.027%之磷、低於0.019%之硫及低於0.06%之碳。
- 一種高爾夫球桿頭合金之製造方法,包含:一熔融步驟,依序將母合金、鉻鐵、銅及鎳加入高溫熔爐中,使該些金屬熔融混合;一比例維持步驟,使該些熔融後之混合金屬包含有以重量百分比計2.5~4.0%之銅、5.0~6.0%之鎳及15~18%之鉻,且銅/鎳比係為0.4~0.8,殘餘部分為鐵及不可避免之雜質所構成,並維持該比例,使該熔融混合金屬可形成兼具有沃斯田鐵相、肥粒鐵相及麻田散鐵相之合金;及一桿頭鑄造步驟,將該合金進行精密鑄造以形成一高爾夫球桿頭。
- 依申請專利範圍第8項所述之高爾夫球桿頭合金之製造方法,其中,該母合金除鐵以外係包含以重量百分比計0.04%之碳、0.80%之矽、1.00%之錳、6.38%之鎳、22.9%之鉻、0.90%之鉬、0.03%之磷及0.01%之硫。
- 依申請專利範圍第8項所述之高爾夫球桿頭合金之製造方法,其中,該比例維持步驟中,該銅之重量百分比係為2.8~3.5%。
- 依申請專利範圍第8項所述之高爾夫球桿頭合金之製造方法,其中,該比例維持步驟中,該鉻之重量百分比係為15.5~17%。
- 依申請專利範圍第8項所述之高爾夫球桿頭合金之製造方法,其中,該比例維持步驟中,該些熔融後之混合金屬另包含有以重量百分比計低於0.027%之磷、低於0.019%之硫及低於0.06%之碳。
- 依申請專利範圍第8項所述之高爾夫球桿頭合金之製造方法,其中,於該熔融步驟中,係進一步加入矽鐵,且該比例維持步驟中,該些熔融後之混合金屬另包含有以重量百分比計0.65~0.81%之矽。
- 依申請專利範圍第8項所述之高爾夫球桿頭合金之製造方法,其中,於該熔融步驟中,係進一步加入錳鐵,且該比例維持步驟中,該些熔融後之混合金屬另包含有以重量百分比計0.66~0.78%之錳。
- 依申請專利範圍第8項所述之高爾夫球桿頭合金之製造方法,其中,於該熔融步驟中,係進一步加入鉬鐵,且該比例維持步驟中,該些熔融後之混合金屬另包含有以重量百分比計0.002~0.125%之鉬。
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