双相高尔夫杆头的钛合金制造技术

本发明专利技术公开一种双相高尔夫杆头的钛合金，其包含6.0至7.5重量％的铝、1.5至2.5重量％的钒、1.5至2.5重量％的铬、0.1至0.5重量％的铁、1.5至2.5重量％的锡、1.5至2.5重量％的锆、0.1至0.5重量％的硅，其余比例以钛为基材，以及其它于合金材料制造过程中不可避免的微量元素。所述双相高尔夫杆头的钛合金经过780至840℃的塑性加工与热处理后，可获致具有α+β双相组织的合金结构。此外，由于多元合金元素组合，使得合金基地内产生次晶粒与高密度差排的结构，以及可形成微量的微细ω相析出物，使所述双相高尔夫杆头的钛合金具备1300至1450MPa的抗拉强度，1250至1400MPa的屈服强度，以及6至12％的延伸率，可提高高尔夫球杆头结构设计空间。

Titanium alloy with biphasic golf rod head

Titanium alloy of the invention discloses a double phase golf club head, comprising 6 to 7.5 wt.% aluminum, 1.5 to 2.5 wt% vanadium, 1.5 to 2.5 wt% of chromium, 0.1 to 0.5 wt% of iron, 1.5 to 2.5 wt% of tin, 1.5 to 2.5 wt%, zirconium 0.1 to 0.5 wt.% of silicon, the proportion with titanium substrate, trace elements and other unavoidable in alloy material in the manufacture of. The titanium alloy of the biphasic golf rod can be obtained by plastic processing and heat treatment at 780 to 840 degrees C. In addition, the combination of multi elements, makes the alloy base produce grain with high density dislocation structure, and can form micro Omega trace phase precipitates, the dual phase titanium alloy golf club head with tensile strength of 1300 to 1450MPa, 1250 to 1400MPa of yield strength, and elongation of 6 the rate can be improved to 12%, the golf club head structure design space.

【技术实现步骤摘要】
双相高尔夫杆头的钛合金
本专利技术是有关于一种双相(duplexphase)高尔夫杆头的钛合金，包含：6.0至7.0重量％的铝、1.5至2.5重量％的锡、1.5至2.5重量％的锆、1.5至2.5重量％的钒、1.5至2.5重量％的铬、0.1至0.5重量％的铁、0.05至0.20重量％的硅。经适当的塑性加工与热处理后，合金基本显微结构为bimodal组织，同时具备次晶粒与高密度差排的特征，以及微量的ω相析出物。
技术介绍
在高尔夫球具中，将数种不同用途的球杆依照功能分类成：木杆、铁杆及推杆，不同用途的球杆分别由各种合金材质制成。其中，木杆杆头(wood)3～5支、铁杆杆头(iron)7～8支、劈起杆杆头(PW)1支、砂坑杆杆头(SW)1支、推杆杆头(putter)1支。兹分述如下：1.木杆头：木杆头主要以开球杆为主，以打得远直为需求，且击球失误率低，因此基本上朝大型化发展，以扩大有效击球区与轻量化。因，钛合金具有高比强度及低比重的特性，可让木杆头的甜密区较大，保持方向的稳定性，故为常用的素材。此外，木杆亦包括：球道木杆，为在球道上长距离为目标，体积较小，一般以不锈钢材质为多。2.铁杆头：用于击球到果岭或预定地点，主要以打得准与稳定掌握其飞行距离，材质主要以不锈钢为主，外观造型也较趋向扩大甜密区发展，新材质、新结构与复合材料及具吸振效果的产品开发为其重要发展方向。此外，目前除了球头结构设计，就目前材料而言，普遍被职业选手认定较优异的材料为锻造软铁(S25C)，主要因其具备20～30％的延伸率与适当的强度，惟其容易生锈，通常以电镀处理克服。此外，铁杆亦包括：砂坑杆或挖起赶，通常具较大的倾斜角，击球曲度较高。3.推杆：推杆则使用在果岭上推球入洞，主要以控制球的方向为主，注重平衡。在设计时以平衡、重心、瞄准与造型美为主，其意义即是如何维持推杆球头与中管杆配合时，打击面不致旋转，在制造上以精密铸造为主，但是最近有朝直接使用CNC加工球头，以维持设计重心的位置及保持球头的均匀性。故整体而言，以高尔夫球木杆头来说，在固定大小及重量的限制下，其主要发展为寻求具备良好的机械强度以防止中空的木杆头因打击的因素产生凹陷甚至破裂等现象。依据目前高尔夫木杆头制造的经验，使用最多的木杆头合金材料大多数为为钛合金及不锈钢，其中，钛系常用素材如6-4Ti、20-4-1Ti、15-3-3-3Ti、10-2-3Ti、SP700与Ti735；铁系则以17-4PH、455SS、465SS与AM355为主。另，其间最常使用材料为6-4钛合金，根据市售Ti-6Al-4V合金而言，其合金成分元素为5.5至6.7重量％的铝、3.5至4.5重量％的钒、铁≦0.3％、OT(其他过渡元素)≦0.4％、碳≦0.1％、氮≦0.1％、氧≦0.2％、硅≦0.2％。如图1中6-4钛合金基本相变化的示意图，6-4钛合金经不同热处理后，会呈现不同组织结构，典型的组织结构有三种：1.经1040℃热处理后，呈现针状(acicularorplate-like)麻田散铁结构，商用6-4钛合金典型组织图，如图2所示。其主要特征为强度高，典型抗拉强度介于1150至1200MPa，如图5所示，但破坏韧性值(fracturetoughness)低。2.经930℃热处理后，呈现等轴晶双相组织(equiaxedα+acicularβ)，如图3所示。如图5所示，其强度降低，典型抗拉强度介于1100至1150MPa，但破坏韧性值提高。3.经820℃热处理后，呈现双相组织(bimodal，primaryα+β)，如图4所示。如图5所示，其机械强度最低，典型抗拉强度介于1000至1050MPa，惟破坏韧性值最佳。因此，不同显微结构，会影响球头特性。如图6所示，6-4钛合金经不同温度持温1小时，制成高尔夫球头后，其炮击次数与CT(特征时间)，皆有特征。在针状组织下，CT值较高，炮击发数较低；在双相(bimodal)组织下，则具较高的炮击耐久次数。另，在球头设计趋向薄化、不均厚等设计下，一般64钛球头加工或热处理温度范围，皆低于950℃，典型的处理后，组织结构如图7所示。故，有必要提供一种双相高尔夫杆头的钛合金，以解决上述现有技术所存在的问题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种双相高尔夫杆头的钛合金，其特征属于bimodal结构，亦即在球头设计趋向薄化、不均厚等发展下，将可增加高尔夫球头的设计空间，使得合金强度大于商用双相64钛合金至少10至20％，进而提高高尔夫球杆头结构设计空间，增加球头击球的特性。本专利技术的在一目的在于利用合金设计概念，调整合金配比倍，设计概念如下：铝(Al)：在本专利技术的钛合金中添加铝时，考量α+β双相组织分布，降低合金密度，增加固溶强度，因此，钛合金的铝含量设计为6.0至7.5重量％之间。铝含量偏低时，强度偏低；过高时，则易形成α2脆化相。钒(V)、铬(Cr)、铁(Fe)：调整α+β双相组织中β相的比例，以及多元合金元素(Highentropy，高熵设计理念)，因此，本专利技术的钛合金的β相稳定元素总量设计为3.5至4.5重量％之间；钒含量介于1.5至2.5重量％之间，铬含量控制在1.5至2.5重量％之间，铁含量控制在0.1至0.5重量％之间。锡(Sn)、锆(Zr)、硅(Si)：考量多元合金元素高熵设计理念，以及元素固溶强化理念，本专利技术的钛合金的固溶强化元素总量设计为3.5至4.5重量％之间；锡含量介于1.5至2.5重量％之间，锆含量控制在1.5至2.5重量％之间，硅含量控制在0.1至0.5重量％之间。整体而言，本专利技术的钛合金藉由适当控制合金成分，且藉由780℃至840℃温度下，塑性加工和/或热处理，使得合金可获致α+β双相组织，以及基地内产生次晶粒(subgrain)与高密度差排的结构，同时，存在微量的ω相析出物；使得所述合金，具备1300至1450兆帕(MPa)的抗拉强度，1250至1400MPa的屈服强度，以及6至12％的延伸率为达成本专利技术的前述目的，本专利技术的一实施例提供一种双相高尔夫杆头的钛合金，其包含6.0至7.5重量％的铝、1.5至2.5重量％的钒、1.5至2.5重量％的铬、0.1至0.5重量％的铁、1.5至2.5重量％的锡、1.5至2.5重量％的锆、0.1至0.5重量％的硅，以及其它不可避免的微量元素。在本专利技术的一实施例中，所述双相高尔夫杆头的钛合金经过780至840℃塑性加工与热处理后，具有α+β双相组织。在本专利技术的一实施例中，所述双相高尔夫杆头的钛合金具有次晶粒与高密度差排的结构，同时具有微量的ω相析出物。在本专利技术的一实施例中，所述双相高尔夫杆头的钛合金具有1300至1450兆帕的抗拉强度，1250至1400兆帕的屈服强度，以及6至12％的延伸率。为让本专利技术的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：附图说明图1是现有6-4钛合金经不同热处理后，呈现三种典型结构。图2是SEM图，显示现有6-4钛合金经1040℃/1小时，呈现针状组织。图3是SEM图，显示现有6-4钛合金经930℃/1小时，呈现等轴的α+针状β。图4是SEM图，显示现有6-4钛合金经820℃/1小时，呈现bimodal组织，初析α相基地+岛状β相。图5是现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双相高尔夫杆头的钛合金，其特征在于：所述双相高尔夫杆头的钛合金包含6.0至7.5重量％的铝、1.5至2.5重量％的钒、1.5至2.5重量％的铬、0.1至0.5重量％的铁、1.5至2.5重量％的锡、1.5至2.5重量％的锆、0.1至0.5重量％的硅，以及不可避免的微量元素，其余重量为钛。

【技术特征摘要】
1.一种双相高尔夫杆头的钛合金，其特征在于：所述双相高尔夫杆头的钛合金包含6.0至7.5重量％的铝、1.5至2.5重量％的钒、1.5至2.5重量％的铬、0.1至0.5重量％的铁、1.5至2.5重量％的锡、1.5至2.5重量％的锆、0.1至0.5重量％的硅，以及不可避免的微量元素，其余重量为钛。2.根据权利要求1所述的双相高尔夫杆头的钛合金，其特征在于：所述双相高尔夫杆头的钛合金经...

【专利技术属性】
技术研发人员：常传贤，赵志烨，曲湾湾，
申请(专利权)人：大田精密工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71