專利名稱：高爾夫桿頭的低密度合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于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(guān)于通過控制鈦、鋁及釩的混合比例，并選擇添加鉬、鉻、鐵、硅及/或硼等微量元素，以供調(diào)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(shù)：
傳統(tǒng)高爾夫桿頭大多是不銹鋼，如SUS630或SUS431(美國鋼鐵協(xié)會AISI標(biāo)準(zhǔn)630型與431型)，并以精密澆注法(去蠟法)所制成，但此種材料的密度較大，且強度較低，因此以上述材料制成的桿頭，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，由于要求桿頭重量不得太重的桿頭設(shè)計要點，造成以上述材料所制成的桿頭體積無法加大，因此桿頭擊球面上的較佳擊球點范圍會大幅縮小，造成擊球失敗的機率大增。
為解決上述問題，產(chǎn)業(yè)界研發(fā)采用鈦合金所制造的桿頭，如美國專利第5,505,795號《高爾夫球桿制造方法(Method of manufacturing golf club)》、第5,643,108號《高爾夫桿頭結(jié)構(gòu)及其制造方法(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《高爾夫桿頭制造方法(Method of manufacturinga golf club head)》及第6,905,061號《高爾夫桿頭制造方法(Method of makinga golf club head)》等采用Ti-6Al-4V的鈦合金(即重量百分比6％鋁及4％釩，其余為鈦金屬)以制作一高爾夫球桿頭，由于鈦合金的密度相對低于不銹鋼，且其強度與不銹鋼相當(dāng)，并能呈現(xiàn)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，由于Ti-6Al-4V的鈦合金的密度相對低于不銹鋼，因此其可用于制造高爾夫球桿頭的部分構(gòu)件，藉此達成調(diào)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，且由于其彈性變形能力(伸長率)相對高于不銹鋼，因此通常利用其較佳彈性變形能力可在擊球時能產(chǎn)生較大的彈性變形程度，并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(yīng)力被阻尼吸收的程度，以避免擊球應(yīng)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(diào)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(yīng)用裕度。
其它相關(guān)鈦合金，如下列表一所示，于此列舉參考。
表一、傳統(tǒng)各種成份的鈦合金組成及其機械強度

有鑒于此，本發(fā)明改良上述缺點，其利用低密度的鈦鋁釩合金制造一高爾失桿頭，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、硅及/或硼等微量元素，以組成密度4.40g/cm3以下的鈦合金，以供調(diào)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，并進而提升桿頭的設(shè)計裕度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種高爾夫桿頭的低密度合金，其調(diào)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(diào)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(fā)明的次要目的是提供一種高爾夫桿頭的低密度合金，其調(diào)整鈦合金的鋁及釩的比例，并選擇添加鉬、鉻、鐵、硅及/或硼等微量元素，以降低密度及保有原機械強度，達到調(diào)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(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)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，并可選擇添加鉬、鉻、鐵、硅及/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(fā)明的低密度合金選擇鋁的重量百分比調(diào)整至6.5％至9.5％之間。
本發(fā)明的低密度合金選擇鋁的重量百分比調(diào)整至5.5％至8.5％之間。
本發(fā)明的低密度合金選擇釩的重量百分比調(diào)整至1.5％以下。
本發(fā)明的主要優(yōu)點是其利用低密度的鈦鋁釩合金制造一高爾失桿頭，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、硅及/或硼等微量元素，以組成密度4.40g/cm3以下的鈦合金，以供調(diào)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，并進而提升桿頭的設(shè)計裕度。


圖1本發(fā)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(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉本發(fā)明的較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下本發(fā)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(fā)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(fā)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(diào)整至5.5％至8.5％之間；另外，將釩的重量百分比同時調(diào)整至3.0％以下。此時，低密度合金仍保有本發(fā)明第一實施例的原機械強度。
實施例3相較于本發(fā)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(zhì)；同時，低密度合金又略提高釩元素的含量。相對于本發(fā)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(fā)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(fā)明的低密度合金的技術(shù)范疇。
以下本發(fā)明低密度合金與傳統(tǒng)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(tǒng)Ti-6Al-4V合金的比較做為說明。
相較于傳統(tǒng)的Ti-6Al-4V合金，本發(fā)明通過相對提高鋁添加量，可降低合金密度并改良韌性，以獲得所需的低密度性質(zhì)；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(zhì)；鈦鋁釩合金是可選擇使用于制造一高爾夫桿頭的構(gòu)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，由于Ti-8Al-1V合金的密度(4.40至4.34g/cm3)相對低于Ti-6Al-4V合金的密度(4.42g/cm3)，因此可用于高爾夫球桿頭的部分構(gòu)件以減輕其重量，但又不致大幅影響其機械性質(zhì)，因此可供調(diào)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(fā)明第二至第五實施例的高爾夫桿頭的低密度合金。相較于第一實施例，第二至第五實施例進一步于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、硅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，并提高耐熱性，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銹耐蝕性，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，便于進行加工處理；通過添加適量的硅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(wěn)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(zhì)。
本發(fā)明第二實施例是添加重量百分比的鉬0.25％至0.5％；本發(fā)明第三實施例是添加重量百分比的鉻0.4％至0.6％；本發(fā)明第四實施例是添加重量百分比的鐵0.2％至0.4％；本發(fā)明第五實施例是添加重量百分比的硅0.25％至0.35％。
除上述實施例外，本發(fā)明亦可選擇添加重量百分比的硼1.0％以下以制成高爾失桿頭。本發(fā)明第二至第五實施例的鈦鋁釩合金同樣亦可選擇使用于高爾夫桿頭的部分構(gòu)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，并添加鉬、鉻、鐵、硅及/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，并可用于高爾夫球桿頭的部分構(gòu)件，以調(diào)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(fā)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(zhì)的比較

請參閱表二、三及四及附圖1所示，其揭示本發(fā)明第六實施例的高爾夫桿頭的低密度合金。相較于第一至五實施例，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％、硅0.22％、碳化硼0.06％、鐵0.06％、碳0.04％、氮0.01％及氧0.21％，其余比例為鈦。特別是本發(fā)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于傳統(tǒng)Ti-6Al-4V鈦合金的機械性質(zhì)，但其密度4.32克/立方公分是低于傳統(tǒng)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(fā)明的Ti-7.5Al-0.05V-0.2Si-0.06B4C的低密度合金應(yīng)用于鑄造制成打擊面板，打擊面板皆能通過炮擊測試的標(biāo)準(zhǔn)。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，并可用于高爾夫球桿頭的部分構(gòu)件以調(diào)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(fā)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(fā)明第六實施例及傳統(tǒng)合金的組成比較

表四、由本發(fā)明第六實施例及傳統(tǒng)合金鑄造制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，相較于傳統(tǒng)高爾夫桿頭較高密度、較低強度，且桿頭體積無法加大，造成較佳擊球點范圍大幅縮小等缺點，本發(fā)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、硅及/或硼等微量元素組成密度4.40g/cm3以下的鈦鋁釩合金，以調(diào)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，并進而提升桿頭設(shè)計裕度。
權(quán)利要求
1.一種高爾夫桿頭的低密度合金，其特征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(jù)權(quán)利要求1所述的高爾夫桿頭的低密度合金，其特征是該鈦鋁釩合金選擇鋁的重量百分比調(diào)整至6.5％至9.5％之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爾夫桿頭的低密度合金，其特征是該鈦鋁釩合金選擇鋁的重量百分比調(diào)整至5.5％至8.5％之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爾夫桿頭的低密度合金，其特征是該鈦鋁釩合金選擇釩的重量百分比調(diào)整至1.5％以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爾夫桿頭的低密度合金，其特征是該鈦鋁釩合金包含重量百分比的鋁8％及釩1％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爾夫桿頭的低密度合金，其特征是該鈦鋁釩合金另包含重量百分比的鉬1.2％以下。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爾夫桿頭的低密度合金，其特征是該鈦鋁釩合金另包含重量百分比的鉻1.2％以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爾夫桿頭的低密度合金，其特征是該鈦鋁釩合金另包含重量百分比的鐵0.6％以下。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爾夫桿頭的低密度合金，其特征是該鈦鋁釩合金另包含重量百分比的硅0.6％以下。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爾失桿頭的低密度合金，其特征是該鈦鋁釩合金另包含重量百分比的硼1.0％以下。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爾夫桿頭的低密度合金，其特征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(jù)權(quán)利要求11所述的高爾夫桿頭的低密度合金，其特征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，并可選擇添加鉬、鉻、鐵、硅及/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(yōu)先權(quán)日2005年11月1日
發(fā)明者蔣銘瑞, 郭書群 申請人:蔣銘瑞, 郭書群