高爾夫桿頭的配重塊的製作方法
2023-06-03 15:50:01
專利名稱：高爾夫桿頭的配重塊的製作方法
技術領域：
本發明是關於一種高爾夫桿頭的配重塊，特別是關於通過控制鎳、鎢的混合比例及同時添加鉬，以改善焊接熱造成裂痕的鎢鐵鎳合金的配重塊。
背景技術：
傳統高爾夫桿頭的配重塊，通常是由傳統粉末冶金〔powder metallurgy〕製程將鎢[19.30g/cm3]、鐵[7.8g/cm3]及鎳[8.9g/cm3]等高比重、高硬度的金屬粉末，經加壓成形、燒結而形成適用於高爾夫桿頭的鎢鐵鎳配重塊。雖然，粉末冶金製程被業界廣泛使用，但是該製程仍存在許多缺點，例如制模成本高、成品伸長率低、製程時間長、易熱脹冷縮、無法形成精密的圖案、文字、型號及商標等。
另一傳統高爾夫桿頭的配重塊，如本申請人的臺灣專利第91116681號的「高爾夫球桿頭的配重塊及其製造方法」的發明專利，其主要是利用精密鑄造製程製造鎢鐵鎳合金配重塊，並利用特定金屬熔融順序及組成比例有效防止高融點的鎢形成沉澱。該精密鑄造製程是將鎳、鐵、鎢、矽、錳及鈮依30-50％∶30-50％∶20-35％∶1.0％以下∶1.0％以下∶0.5％以下的預定比例，而依序加入1450℃以上的高溫熔爐內熔融，以製得鎢鐵鎳合金的高爾夫桿頭的配重塊。製得的配重塊再利用鑲埋、焊接等方式，結合於一高爾夫球桿頭本體上，該本體是大致以不鏽鋼的材質所製成，如SUS304、17-4、4130等不鏽鋼系列。
該精密鑄造製程可克服傳統粉末冶金製程所產生的上述問題。然而，如圖1-圖2所示，當鎳、鐵、鎢的混合成份控制不當時，卻容易使製得的鎢鐵鎳合金的「γ[鐵，鎳]」相在基底中析出波來鐵〔pearlite〕組織，而造成配重塊的耐蝕性低落，並使配重塊焊接於桿頭本體時，易產生焊接熱裂。
在圖1中，水平焊道的上方是鎢鐵鎳合金配重塊及焊接熱裂，水平焊道的下方是桿頭本體的基材。
在圖2中，則為鎢鐵鎳合金的波來鐵組織及焊接熱裂的放大圖。當波來鐵組織析出「γ[鐵，鎳]」相時，焊接熱裂常會發生在該波來鐵組織處。
當使用的5.0％重量百分比的氯化鈉溶液對鎢鐵鎳合金進行40℃、24小時的鹽霧試驗，以模擬高腐蝕性的氣候環境時，可發現鎢鐵鎳合金的生鏽面積常會超過8％左右。
再者，如圖3所示，由於鎢鐵鎳合金的表面常有鎢的析出[深色部份為波來鐵組織，波來鐵包圍的白色部份則為析出的鎢]，因此，該合金形成的「鎢+γ[鐵，鎳]」相亦導致由鎢鐵鎳合金製成的配重塊在研磨拋光後產生花紋，使鎢鐵鎳合金製成的配重塊，在直接結合於桿頭本體的底部表面時，該鎢鐵鎳合金與桿頭本體之間的嵌合線明顯可見，並且隨研磨厚度和角度的差異，造成各成品皆不相同，因此，在製程條件上難以控制。
有鑑於此，本發明改良上述缺點，是在精密鑄造一配重塊的鎢鐵鎳合金時，通過添加鉻，以防止「γ[鐵，鎳]」相中析出不耐蝕的波來鐵；利用適當控制鎳、鎢的混合比例，使鎢能完全固溶於足量的鎳中，避免固溶相析出影響製程控制的鎢；並通過添加鉬，以減少鎢鐵鎳合金配重塊在焊接時產生焊接熱裂缺陷。利用精密鑄造方式製造鎢鐵鎳合金做為高爾夫桿頭的配重塊時，即可有效提升該配重塊的防鏽耐蝕性、亮面均勻度及外觀，並使配重塊適用於焊接組裝製程。
發明內容
本發明的主要目的是提供一種高爾夫桿頭的配重塊，其是在精密鑄造時，通過添加鉬，以減少鎢鐵鎳合金配重塊在焊接時產生焊接熱裂缺陷，達到提升配重塊的焊接性質的目的。
本發明的第二目的是提供一種高爾夫桿頭的配重塊，其是在精密鑄造時通過添加鉻，以防止在鎢鐵鎳合全配重塊的γ(鐵，鎳)相中析出波來鐵，達到提高配重塊的防鏽耐蝕性的目的。
本發明的第三目的是提供一種高爾夫桿頭的配重塊，其是在精密鑄造時，通過控制鎳、鎢的混合比例，以防止在鎢鐵鎳合金配重塊的γ[鐵，鎳]相中析出鎢，配重塊直接結合於桿頭本體的表面時，可增益桿頭成品的製程優良率，達到提升配重塊的亮面均勻度、外觀及結合組裝裕度的目的。
本發明的第四目的是提供一種高爾夫球桿頭的配重塊，其是在熔煉鑄造時，通過添加矽，以防止澆注的熔融金屬流動不良，達到提升製程優良率的目的。
本發明的第五目的是提供一種高爾夫桿頭的配重塊，其是在精密鑄造時，通過添加錳、銅、釩或鈮，以改善由鎢鐵鎳合金製得的配重塊的機械性質，並提高鑄造時的流動性及輔助除氣效果，達到提升配重塊的機械強度的目的。
本發明的目的是這樣實現的一種高爾夫桿頭的配重塊，其特徵是它是由精密鑄造的鎢鐵鎳合金製成，該鎢鐵鎳合金的重量百分組成為鐵15-40％、鎳30-60％、鎢15-30％、鉻1.5-10.0％及鉬0.5-5.0％。
該鎢及鎳的融熔混合的固溶線是符合如下公式Y＝1.26X-38.99％其中，該鎢的重量百分比為Y，該鎳的重量百分比是大於或等於X。
該鎢鐵鎳合金為另包含有矽1.5％以下。該鎢鐵鎳合金為另包含至少一種改善機械性質的成份。該改善機械性質的成份包括錳1.0％以下、銅4.0％以下、釩1.0％以下或鈮1.0％以下。該鎢鐵鎳合金的比重為9.0-10.5g/cm3。該鎢鐵鎳合金的熔點範圍是介於1400℃至1500℃之間。該鎢鐵鎳合金另包含至少一種微量摻質。該微量摻質是碳0.1％以下、硫0.1％以下或磷0.1％以下。
通過添加鉻，以提升該配重塊的防鏽耐蝕性；通過控制鎳及鎢的混合比例，以增加配重塊的亮面均勻度；通過添加適量的鉬，以減少該鎢鐵鎳合金的焊接熱裂；通過添加適量的錳、銅、釩或鈮，以改善配重塊的機械性質。
下面結合較佳實施例和附圖進一步說明。
圖1是傳統高爾夫桿頭的配重塊的鎢鐵鎳合金的波來鐵組織及焊接熱裂的顯微照相圖。
圖2是圖1的波來鐵組織及焊接熱裂的局部放大的顯微照相圖。
圖3是傳統高爾夫桿頭的配重塊的鎢鐵鎳合金析出的波來鐵組織及鎢的顯微照相圖。
圖4是本發明的高爾夫桿頭的配重塊的鎢鐵鎳合金添加鉻時的顯微照相圖。
圖5是本發明的高爾夫桿頭的配重塊的鎢鐵鎳合金的γ[鐵，鎳]析出鎢的固溶線統計圖。
圖6是本發明的高爾夫桿頭的配重塊的鉬鐵鎳合金添加鉻及鉬時的顯微照相圖。
具體實施例方式
參閱圖4-圖6所示，本發明的高爾夫桿頭的配重塊的大部份製造方法是相同於臺灣專利第91116681號的傳統高爾夫桿頭的配重塊的製造方法，因而兩者製程及條件相同部分不再予詳細贅述。
本發明的高爾夫桿頭的配重塊較佳是利用精密鑄造方式製造。在進行精密鑄造時，首先是依特定金屬熔融順序及組成比例，將所需成份加入高溫熔爐內，溫度介於1450-1750℃之間，較佳介於1600-1680℃之間，並同時添加鉻及適當控制鎳、鎢的混合比例，以製得融熔鎢鐵鎳合金；接著，再將該融熔鎢鐵鎳合金澆鑄於預定形狀、精密圖案及文字的預熱模具內〔預熱溫度較佳是設定在950℃至1300℃之間〕，如此即可精密鑄造製成高爾夫球桿的配重塊。該製得的配重塊再利用鑲埋、焊接等方式，結合於一高爾夫球桿頭本體上，該桿頭本體是大致以不鏽鋼的材質所製成，如SUS304、17-4、4130等不鏽鋼系列。
在進行上述精密鑄造時，本發明較佳是依序將鎳粒、純鐵、鎢鐵、矽鐵及鉻等加入一高溫熔爐中，以利用先行熔解的鎳粒及純鐵的融熔合金進一步降低鎢鐵的熔化溫度，而促使高融點的鎢鐵在不生成鎢沉澱下，順利熔融於該熔解爐中。
接著，通過適當抽樣檢測及控制，使製得融熔鎢鐵鎳合金包含鐵〔Fe〕15-40％、鎳[Ni]30-60％、鎢〔w〕15-30％、矽[Si]1.5％以下及鉻〔Cr〕1.5-10.0％〔重量百分比〕。
參閱圖4所示，在製造合金時，本發明是通過添加鉻1.5-10.0％，以避免在該鎢鐵鎳合金配重塊的γ〔鐵，鎳〕相中析出波來鐵組織，以便提升該鎢鐵鎳合金配重塊的防鏽耐蝕性。
當使用5.0％〔重量百分比〕的氯化鈉溶液對該鎢鐵鎳合金進行40℃、24小時的鹽霧試驗，以模擬高腐蝕性的氣候時，可發現該鎢鐵鎳合金的生鏽面積僅佔該鎢鐵鎳合金總表面積的1％以下。
若添加鉻1.5-10.0％時，可以抑制波來鐵組織的產生，並通過鹽霧試驗的測試，其可增加鎢鐵鎳合金的耐蝕性。
然而，觀察圖4的晶相圖可知在γ[鐵，鎳]的基底中，是有碳化物析出於晶界上，因此該鎢鐵鎳合金在進行焊接的製程時，仍然有焊接熱裂的產生。
參閱圖5所示，在製造合金時，本發明可控制該鎢、及鎳的比例，若需要得到花紋、霧面的合金時，使其混合比例維持在該γ[鐵，鎳]的固溶線上方。若需要亮面或鏡面的合金時，本發明亦可通過控制使鎳、鎢的融熔混合比例維持在該γ[鐵，鎳]的固溶線下方，以使鎢能完全固溶於足量的鎳中。該鎳、鎢的固溶線符合下列公式Y＝1.26X-38.99％
其中，當鎢的重量百分比為Y時，鎳的重量百分比是可大於或等於X。例如，當鎳含量為51.78％時，該足量的鎳可完全固溶鎢23.5％；當鎳含量為46.5％時，足量的鎳可完全固溶鎢19.6％；及當鎳含量為55％時，該足量的鎳可完全固溶鎢30.3％。
因此，本發明可防止在該鎢鐵鎳合金配重塊的γ[鐵，鎳]相中析出鎢，以完全避免該鎢鐵鎳合金表面產生花紋。由於該配重塊的表面能形成較佳的亮面均勻度，因此當該配重塊直接結合於桿頭本體的表面〔特別是以鑲嵌方式結合〕，並經拋光加工後，配重塊與桿頭本體之間的嵌合線以眼睛直接觀察是無法分辨，可避免各別桿頭本體與配重塊的結合差異，而能控制其製程條件一致，並用以提升配重塊的附加價值及結合組裝裕度。
再者，在製造合金時，本發明是通過添加矽1.5％以下來改善提高鑄造時的流動性。
參閱圖6所示，在將鉻等上述金屬加入高溫熔爐後，本發明添加適量的鉬。當本發明添加鉬〔Mo〕0.5-5.0％以下時，其是可使該鎢鐵鎳合金配重塊的γ[鐵，鏢]相析出均勻分布的碳化物，以使該鎢鐵鎳合金製成的配重塊在進行焊接時，避免產生焊接熱裂，如此使該配重塊適用於焊接組裝製程，例如雷射焊接或氬焊焊接。
另外，本發明亦可依需求選擇添加適量的錳鐵、銅、釩鐵及鈮鐵等成份。本發明選擇添加至少一種下列金屬時，例如錳[Mn]1.0％以下、銅[Cu]4.0％以下、釩[V]1.0％以下、鈮〔Nb〕1.0％以下，其將可用以改善配重塊的機械性質，並能有效提高鑄造時的流動性及輔助除氣效果。
再者，本發明用以製造高爾夫桿頭的配重塊的鎢鐵鎳合金的預設比重是可選擇依不同用途的高爾夫球桿而變化，但其比重較佳是為9.0-10.5g/cm3，及其熔點範圍較佳介於1400-1500℃之間，特別是約等於1455℃。
再者，本發明上述精密鑄造製程使用的鎳粒、純鐵、鉻、鉬通常是指鎳、鐵、鉻、鉬的純金屬〔包含少量摻質〕，而該鎢鐵、矽鐵、錳鐵、釩鐵及鈮鐵則分別指鎢、矽、錳、釩及鈮的鐵合金[ferroalloy]。在精密鑄造時，本發明是可依實際取得的鎢鐵、矽鐵、錳鐵及鈮鐵的內含元素組成適當調整其個別用量，以使製得的鎢鐵鎳熔融合金能符合上述預設比例，以供製造高爾夫桿頭的配重塊。
另外，該鎢鐵鎳合金因製程及原料不同，而可能含有部份微量摻質，例如碳〔C〕0.1％以下、硫[S]0.1％以下、磷〔P〕0.1％以下。
如上所述，相較於傳統精密鑄造製成的高爾夫桿頭的配重塊容易在γ[鐵，鎳]相中析出波來鐵及鎢，而影響耐蝕性、表面均勻度、外觀、焊接性質、機械性質及流動性等缺點，本發明確實能通過添加鉻、控制鎳鎢比例及添加鉬等方式，增進高爾夫桿頭的配重塊的物理化學性質，而具有提升配重塊的防鏽耐蝕性、亮面均勻度、外觀及結合組裝裕度的功效，並使該配重塊適用焊接組裝製程。
雖然本發明已以較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，所作各種更動與修改，都屬於本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種高爾夫桿頭的配重塊，其特徵是它是由精密鑄造的鎢鐵鎳合金製成，該鎢鐵鎳合金的重量百分的主要組成為鐵15-40％、鎳30-60％、鎢15-30％、鉻1.5-10.0％及鉬0.5-5.0％。
2.根據權利要求1所述的高爾夫桿頭的配重塊，其特徵是該鎢及鎳的融熔混合的固溶線是符合如下公式Y＝1.26X-38.99％其中，該鎢的重量百分比為Y，該鎳的重量百分比是X。
3.根據權利要求1所述的高爾夫桿頭的配重塊，其特徵是該鎢鐵鎳合金為另包含有矽1.5％以下。
4.根據權利要求1所述的高爾夫桿頭的配重塊，其特徵是該鎢鐵鎳合金為另包含至少一種改善機械性質的成份。
5.根據權利要求4所述的高爾夫桿頭的配重塊，其特徵是該改善機械性質的成份包括錳1.0％以下、銅4.0％以下、釩1.0％以下或鈮1.0％以下。
6.根據權利要求1所述的高爾夫桿頭的配重塊，其特徵是該鎢鐵鎳合金的比重為9.0-10.5g/cm3。
7.根據權利要求1所述的高爾夫桿頭的配重塊，其特徵是該鎢鐵鎳合金的熔點範圍是介於1400℃至1500℃之間。
8.根據權利要求1所述的高爾夫桿頭的配重塊，其特徵是該鎢鐵鎳合金另包含至少一種微量摻質。
9.根據權利要求8所述的高爾夫桿頭的配重塊，其特徵是該微量摻質是碳0.1％以下、硫0.1％以下或磷0.1％以下。
全文摘要
一種高爾夫桿頭的配重塊，其是由精密鑄造的鎢鐵鎳合金製成，鎢鐵鎳合金是包含重量百分比的鐵15－40％、鎳30－60％、鎢15－30％、鉻1.5－10.0％及鉬0.5－5.0％。通過添加鉻，以提升配重塊的防鏽耐蝕性；通過控制鎳及鎢的混合比例，以增加配重塊的亮面均勻度；通過添加適量的鉬，以減少鎢鐵鎳合金的焊接熱裂；通過添加適量的錳、銅、釩或鈮，以改善配重塊的機械性質。
文檔編號A63B53/04GK1566383SQ0313749
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月25日 優先權日2003年6月25日
發明者陳建同, 蘇晏正 申請人:楠盛股份有限公司