高爾夫桿頭的低密度合金的製作方法
2024-01-28 05:50:15 1
專利名稱：高爾夫桿頭的低密度合金的製作方法
技術領域：
本發明關於一種高爾夫桿頭的低密度合金(Low-Density Alloy for Making aGolf Club Head)，特別是關於通過控制鈦、鋁及釩的混合比例，並選擇添加鉬、鉻、鐵、矽及/或硼等微量元素，以供調整重心位置及提升彈性變形能力的高爾夫桿頭的低密度合金。
背景技術：
傳統高爾夫桿頭大多是不鏽鋼，如SUS630或SUS431(美國鋼鐵協會AISI標準630型與431型)，並以精密澆注法(去蠟法)所製成，但此種材料的密度較大，且強度較低，因此以上述材料製成的桿頭，其壁厚必須達某一厚度以上，才能達到桿頭的強度要求；然而，在實際使用上，由於要求桿頭重量不得太重的桿頭設計要點，造成以上述材料所製成的桿頭體積無法加大，因此桿頭擊球面上的較佳擊球點範圍會大幅縮小，造成擊球失敗的機率大增。
為解決上述問題，產業界研發採用鈦合金所製造的桿頭，如美國專利第5,505,795號《高爾夫球桿製造方法(Method of manufacturing golf club)》、第5,643,108號《高爾夫桿頭結構及其製造方法(Structure for golf club head and themethod of its manufacture)》、第6,832,961號《木桿的高爾夫桿頭(Wood-typegolf club head)》、第6,880,222號《高爾夫桿頭製造方法(Method of manufacturinga golf club head)》及第6,905,061號《高爾夫桿頭製造方法(Method of makinga golf club head)》等採用Ti-6Al-4V的鈦合金(即重量百分比6％鋁及4％釩，其餘為鈦金屬)以製作一高爾夫球桿頭，由於鈦合金的密度相對低於不鏽鋼，且其強度與不鏽鋼相當，並能呈現相對較高的彈性變形能力，因此可在不增加桿頭重量的前提下，其允許加大高爾夫桿頭的體積，使高爾夫桿頭的較佳擊球點面積增加，以提高擊球成功率。
另一方面，由於Ti-6Al-4V的鈦合金的密度相對低於不鏽鋼，因此其可用於製造高爾夫球桿頭的部分構件，藉此達成調整高爾夫桿頭的重心位置，例如桿頭本體、打擊面板、蓋板或配重塊等，且由於其彈性變形能力(伸長率)相對高於不鏽鋼，因此通常利用其較佳彈性變形能力可在擊球時能產生較大的彈性變形程度，並可用以相對減少高爾夫球在碰撞打擊面板時造成的球體壓縮變形，相對降低擊球應力被阻尼吸收的程度，以避免擊球應力的能量損失，進而提升擊球距離。
然而，在考量桿頭體積大型化及調整重心裕度下，有必要進一步改良上述鈦合金，使其更降低密度，且另添加其它元素，但仍保有原機械強度，以提升鈦合金的應用裕度。
其它相關鈦合金，如下列表一所示，於此列舉參考。
表一、傳統各種成份的鈦合金組成及其機械強度
有鑑於此，本發明改良上述缺點，其利用低密度的鈦鋁釩合金製造一高爾失桿頭，鈦鋁釩合金包含重量百分比的鈦84％至94％、鋁6.5％至9.5％(或5.5％至8.5％)及釩1.5％以下(或3.0％以下)，或選擇添加鉬、鉻、鐵、矽及/或硼等微量元素，以組成密度4.40g/cm3以下的鈦合金，以供調整高爾夫桿頭的整體重心及提升彈性變形能力，有利桿頭大型化，並進而提升桿頭的設計裕度。
發明內容
本發明的主要目的是提供一種高爾夫桿頭的低密度合金，其調整鈦合金的鋁及釩的比例，以降低密度及保有原機械強度，達到調整高爾夫桿頭的整體重心及提升彈性變形能力的目的。
本發明的次要目的是提供一種高爾夫桿頭的低密度合金，其調整鈦合金的鋁及釩的比例，並選擇添加鉬、鉻、鐵、矽及/或硼等微量元素，以降低密度及保有原機械強度，達到調整高爾夫桿頭的整體重心及提升彈性變形能力的目的。
本發明的目的是這樣實現的一種高爾夫桿頭的低密度合金，其包含重量百分比的鈦84％至94％、鋁5.5％至9.5％及釩3.0％以下。該低密度合金以鈦鋁釩合金為主要合金成份，並可選擇添加鉬、鉻、鐵、矽及/或硼等微量元素，以組成密度4.40g/cm3以下的鈦合金，因而形成密度較低且伸長率較高的鈦合金。
本發明的低密度合金選擇鋁的重量百分比調整至6.5％至9.5％之間。
本發明的低密度合金選擇鋁的重量百分比調整至5.5％至8.5％之間。
本發明的低密度合金選擇釩的重量百分比調整至1.5％以下。
本發明的主要優點是其利用低密度的鈦鋁釩合金製造一高爾失桿頭，鈦鋁釩合金包含重量百分比的鈦84％至94％、鋁6.5％至9.5％(或5.5％至8.5％)及釩1.5％以下(或3.0％以下)，或選擇添加鉬、鉻、鐵、矽及/或硼等微量元素，以組成密度4.40g/cm3以下的鈦合金，以供調整高爾夫桿頭的整體重心及提升彈性變形能力，有利桿頭大型化，並進而提升桿頭的設計裕度。
圖1本發明高爾夫桿頭的低密度合金的電子顯微照相圖。
具體實施例方式
為讓本發明的上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉本發明的較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下本發明較佳實施例高爾夫桿頭的低密度合金以鈦鋁釩合金為主要合金成份，其包含重量百分比的鈦84％至94％、鋁5.5％至9.5％及釩3.0％以下。
實施例1如表二及附圖1所示，本發明第一實施例的高爾夫桿頭的低密度合金，其以鈦金屬(密度4.51g/cm3)、鋁金屬(密度2.70g/cm3)及釩金屬(密度5.79g/cm3)為主要合金成份，鈦鋁釩合金是包含重量百分比的鈦84％至94％、鋁6.5％至9.5％及釩1.5％以下，以組成密度4.40g/cm3以下的鈦合金，其較佳選用鈦91％、鋁8％及釩1％的鈦鋁釩合金(如表二所示的Ti-8Al-1V合金或Ti-7.5Al-0.05V合金)。
實施例2本發明另一實施例的低密度合金是較佳在不改變原先鈦的重量百分比84％至94％的前提下，將鋁的重量百分比調整至5.5％至8.5％之間；另外，將釩的重量百分比同時調整至3.0％以下。此時，低密度合金仍保有本發明第一實施例的原機械強度。
實施例3相較於本發明第一實施例的Ti-8Al-1V合金，實施例3的低密度合金略降低鋁元素的含量，但不致影響低密度合金的伸長率性質；同時，低密度合金又略提高釩元素的含量。相對於本發明第一實施例的Ti-8Al-1V合金，該低密度合金略變動鋁元素及釩元素比例。雖然該低密度合金與本發明的Ti-8Al-1V合金的鋁元素及釩元素比例不同，但其未脫離本發明的低密度合金的技術範疇。
以下本發明低密度合金與傳統鈦合金的比較特性是主要例舉Ti-8Al-1V合金(或Ti-7.5Al-0.05V合金)與傳統Ti-6Al-4V合金的比較做為說明。
相較於傳統的Ti-6Al-4V合金，本發明通過相對提高鋁添加量，可降低合金密度並改良韌性，以獲得所需的低密度性質；通過相對降低釩添加量可有效提高鑄造時的流動性及輔助除氣效果，但不致影響合金的機械性質；鈦鋁釩合金是可選擇使用於製造一高爾夫桿頭的構件，例如桿頭本體、打擊面板、蓋板及/或配重塊等，其較佳是選自一打擊面板。
另一方面，由於Ti-8Al-1V合金的密度(4.40至4.34g/cm3)相對低於Ti-6Al-4V合金的密度(4.42g/cm3)，因此可用於高爾夫球桿頭的部分構件以減輕其重量，但又不致大幅影響其機械性質，因此可供調整該高爾夫桿頭的重心位置，例如桿頭本體、打擊面板、蓋板或配重塊等。
請參閱表二所示，其揭示本發明第二至第五實施例的高爾夫桿頭的低密度合金。相較於第一實施例，第二至第五實施例進一步於Ti-8Al-1V合金中選擇添加微量元素，例如重量百分比的鉬1.2％以下、鉻1.2％以下、鐵0.6％以下、矽0.6％以下及硼1.0％以下。通過添加適量的鉬可使合金析出均勻分布的碳化物，並提高耐熱性，以減少合金的焊接熱裂，亦可增加其硬化能力及高溫強度；通過添加適量的鉻以提升合金的防鏽耐蝕性，增加高爾夫桿頭的使用壽命；通過添加適量的鐵以具有良好的塑性，便於進行加工處理；通過添加適量的矽以改善熔融金屬的流動性；通過添加適量的硼，因其在高溫下組織穩定，且具有較佳的抗氧化能力、韌性及塑性，可改善合金的機械性質。
本發明第二實施例是添加重量百分比的鉬0.25％至0.5％；本發明第三實施例是添加重量百分比的鉻0.4％至0.6％；本發明第四實施例是添加重量百分比的鐵0.2％至0.4％；本發明第五實施例是添加重量百分比的矽0.25％至0.35％。
除上述實施例外，本發明亦可選擇添加重量百分比的硼1.0％以下以製成高爾失桿頭。本發明第二至第五實施例的鈦鋁釩合金同樣亦可選擇使用於高爾夫桿頭的部分構件，例如桿頭本體、打擊面板、蓋板及/或配重塊等，其較佳選用一打擊面板。
藉此，上述第一至五實施例以鈦鋁釩合金為主要合金成份，並添加鉬、鉻、鐵、矽及/或硼等微量元素，而形成一密度較Ti-6Al-4V鈦合金低，且伸長率較Ti-6Al-4V鈦合金高的高爾夫桿頭，而在不超過材料本身的彈性限度(elasticlimit)前提下，低密度鈦鋁釩合金的伸長率E％(彈性變形能力)獲得提升。因此利用其較佳的彈性變形能力可在擊球時形成較大的彈性變形程度，進而提升擊球距離。同時，利用該低密度Ti-8Al-1V合金(或Ti-7.5Al-0.05V合金)可降低高爾夫桿頭的整體重量，並可用於高爾夫球桿頭的部分構件，以調整高爾夫桿頭的重心位置，例如桿頭本體、蓋板、打擊面板或配重塊等。因此，本發明可在不增加高爾夫桿頭重量的前提下，使高爾夫桿頭的體積大型化，增加高爾夫桿頭的較佳擊球點面積，以提高擊球成功率。
表二、不同重量百分比的鈦鋁釩合金及其機械性質的比較
請參閱表二、三及四及附圖1所示，其揭示本發明第六實施例的高爾夫桿頭的低密度合金。相較於第一至五實施例，第六實施例是Ti-7.5Al-0.05V-0.2Si-0.06B4C的低密度合金，其包含重量百分比的鋁7.2％至7.8％、釩0.02％至0.06％、矽0.22％、碳化硼0.06％、鐵0.06％、碳0.04％、氮0.01％及氧0.21％，其餘比例為鈦。特別是本發明第六實施例的Ti-7.5Al-0.05V-0.2Si-0.06B4C的低密度合金具有相似於傳統Ti-6Al-4V鈦合金的機械性質，但其密度4.32克/立方公分是低於傳統Ti-6Al-4V鈦合金的密度(4.42克/立方公分)。在炮擊測試(炮擊速度55公尺/秒，#2炮擊機)下，本發明的Ti-7.5Al-0.05V-0.2Si-0.06B4C的低密度合金應用於鑄造製成打擊面板，打擊面板皆能通過炮擊測試的標準。因此，利用Ti-7.5Al-0.05V-0.2Si-0.06B4C的低密度合金同樣可降低高爾夫桿頭的整體重量，並可用於高爾夫球桿頭的部分構件以調整高爾夫桿頭的重心位置，例如桿頭本體、蓋板、打擊面板或配重塊等。因此，本發明可在不增加高爾夫桿頭重量的前提下，使高爾夫桿頭的體積大型化，增加高爾夫桿頭的較佳擊球點面積，以提高擊球成功率。
表三、本發明第六實施例及傳統合金的組成比較
表四、由本發明第六實施例及傳統合金鑄造製成的打擊面板進行炮擊測試的比較(炮擊速度55公尺/秒，#2炮擊機)
如上所述，相較於傳統高爾夫桿頭較高密度、較低強度，且桿頭體積無法加大，造成較佳擊球點範圍大幅縮小等缺點，本發明確實能利用低密度的Ti-8Al-1V等合金，或通過選擇添加鉬、鉻、鐵、矽及/或硼等微量元素組成密度4.40g/cm3以下的鈦鋁釩合金，以調整高爾夫桿頭的整體重心及提升彈性變形能力，有利桿頭大型化，並進而提升桿頭設計裕度。
權利要求
1.一種高爾夫桿頭的低密度合金，其特徵是它包含重量百分比的鈦84％至94％、鋁5.5％至9.5％及釩3.0％以下，以組成密度在4.40g/cm3以下的鈦鋁釩合金。
2.根據權利要求1所述的高爾夫桿頭的低密度合金，其特徵是該鈦鋁釩合金選擇鋁的重量百分比調整至6.5％至9.5％之間。
3.根據權利要求1所述的高爾夫桿頭的低密度合金，其特徵是該鈦鋁釩合金選擇鋁的重量百分比調整至5.5％至8.5％之間。
4.根據權利要求1所述的高爾夫桿頭的低密度合金，其特徵是該鈦鋁釩合金選擇釩的重量百分比調整至1.5％以下。
5.根據權利要求1所述的高爾夫桿頭的低密度合金，其特徵是該鈦鋁釩合金包含重量百分比的鋁8％及釩1％。
6.根據權利要求1所述的高爾夫桿頭的低密度合金，其特徵是該鈦鋁釩合金另包含重量百分比的鉬1.2％以下。
7.根據權利要求1所述的高爾夫桿頭的低密度合金，其特徵是該鈦鋁釩合金另包含重量百分比的鉻1.2％以下。
8.根據權利要求1所述的高爾夫桿頭的低密度合金，其特徵是該鈦鋁釩合金另包含重量百分比的鐵0.6％以下。
9.根據權利要求1所述的高爾夫桿頭的低密度合金，其特徵是該鈦鋁釩合金另包含重量百分比的矽0.6％以下。
10.根據權利要求1所述的高爾失桿頭的低密度合金，其特徵是該鈦鋁釩合金另包含重量百分比的硼1.0％以下。
11.根據權利要求1所述的高爾夫桿頭的低密度合金，其特徵是該鈦鋁釩合金是包含重量百分比的鋁7.2％至7.8％及釩0.02％至0.06％。
12.根據權利要求11所述的高爾夫桿頭的低密度合金，其特徵是該鈦鋁釩合金另包含重量百分比的碳化硼0.06％。
全文摘要
一種高爾夫桿頭的低密度合金，其包含重量百分比的鈦84％至94％、鋁6.5％至9.5％(或5.5％至8.5％)及釩1.5％以下(或3.0％以下)。該低密度合金以鈦鋁釩合金為主要合金成份，並可選擇添加鉬、鉻、鐵、矽及/或硼等微量元素，以組成密度在4.40g/cm
文檔編號A63B53/04GK1958821SQ200610150568
公開日2007年5月9日 申請日期2006年10月19日 優先權日2005年11月1日
發明者蔣銘瑞, 郭書群 申請人:蔣銘瑞, 郭書群