CN101476089A - 高尔夫球杆头合金及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种高尔夫球杆头合金及其制造方法，所述的制造方法包含下列步骤：将母合金、硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、铜、镍及氮加入高温熔炉中；使铁以外的碳、硅、锰、铜、镍、铬、钼及氮的重量比维持在≤0.07％∶≤1.0％∶≤2.0％∶≤1.0％∶4.0％至7.0％∶19.5％至24.5％∶2.0％至4.0％∶0.07％至0.23％，以供形成兼具奥氏体铁相及铁素体铁相的合金材质；利用该合金材质精密铸造成预定形状的高尔夫球杆头；及当该杆头焊接结合不同材质的击球面板时，选择以高温回火处理，供去除焊接产生的应力。
Description
技术领域
本发明是关于一种高尔夫球杆头合金及其制造方法。
背景技术
惯用高尔夫球杆，其杆头通常是以低硬度的软铁类材质制成，例如低碳钢或低合金钢，这样杆头的低硬度特性将可使一体成型的套颈易于进行调整倾角，以满足产品及使用者的需求。虽然上述软铁类材质可使制成的杆头具有套颈易于调角的优点，但所述软铁类材质却具有易于氧化而不耐锈蚀(孔蚀、均匀锈蚀)的缺点。
另一种惯用高尔夫球杆，其杆头可选择以不锈钢材质制成，例如SUS17-4PH或SUS431Cast等规格的不锈钢，这样制得的杆头将具有低硬度及较佳的机械性质，以使套颈易于调角及耐孔蚀及均匀锈蚀。如中国台湾公告第363895、438610及460306号发明专利，其分别揭示以SUS17-4PH、SUS15-5PH、SUS13-8PH、SUS255、SUS630等规格的不锈钢材质制成一杆头，该杆头能选择与高硬度材质制成的一击球面板焊接结合形成一高尔夫球杆头成品，其中击球面板的高硬度材质可选自：(1)马氏体铁相(martensite，麻田散铁相)组成的合金；(2)兼具马氏体铁相及奥氏体铁相(austenite，沃斯田铁相)的合金；(3)铁素体铁相(ferrite，肥粒铁相)组成的合金；及(4)高硬化能的铁合金等高硬度材质。虽然上述各种不锈钢材质能使高尔夫球杆头具有所述易于调角及耐锈蚀的优点，然而这些不锈钢材质与击球面板的高硬度材质间却仍具有焊接兼容性不佳的缺点，因此，当该杆头与不同材质的上述击球面板进行焊接结合时，非常容易在焊接位置(焊道)发生裂痕等缺陷，并进而影响杆头成品良率。特别是，对高能量焊接工艺而言，由于工艺中常不添加额外焊料且焊道宽度比传统氩焊窄，因而上述不锈钢材质的低焊接兼容性问题对该工艺的杆头成品良率影响更为严重。
因此，确实有必要进一步改良惯用高尔夫球杆头构造及其材质。
发明内容
本发明的主要目的是改良上述惯用高尔夫球杆头构造及其材质的缺点，提供一种高尔夫球杆头合金及其制造方法。
根据本发明提供的高尔夫球杆头合金及其制造方法，其中主要是以预定组成比例的铁等各种元素构成兼具奥氏体铁相及铁素体铁相的合金材质，同时利用氮元素稳定上述混合组成相，这样制得的高尔夫球杆头将兼具低硬度、高耐蚀性及高焊接兼容性，而使本发明具有方便套颈调角、提升耐锈蚀性及增加焊接兼容性的功效。
具体地说，本发明提供了一种高尔夫球杆头合金，该合金是将母合金、硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、铜、镍及氮熔融成合金材质以精密铸造成高尔夫球杆头，该杆头的材质兼具奥氏体铁相及铁素体铁相，并且，所述合金材质除铁以外的碳、硅、锰、铜、镍、铬、钼及氮的重量比是维持在≤0.07％：≤1.0％：≤2.0％：≤1.0％：4.0％至7.0％：19.5％至24.5％：2.0％至4.0％：0.07％至0.23％。
本发明还提供了一种高尔夫球杆头合金的制造方法，该方法包括步骤：
将母合金、硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、铜、镍及氮加入高温熔炉中；使铁以外的碳、硅、锰、铜、镍、铬、钼及氮的重量比维持在≤0.07％：≤1.0％：≤2.0％：≤1.0％：4.0％至7.0％：19.5％至24.5％：2.0％至4.0％：0.07％至0.23％，以供形成兼具奥氏体铁相及铁素体铁相的合金材质；将该合金材质精密铸造成预定形状的高尔夫球杆头。
本发明的高尔夫球杆头合金及其制造方法中，所述母合金除铁以外包含0.04％的碳、0.80％的硅、1.00％的锰、6.38％的镍、22.9％的铬、0.90％的钼、0.03％的磷及0.01％的硫。
本发明的高尔夫球杆头合金及其制造方法中，所述占0.07％至0.23％重量比的氮元素是用以稳定奥氏体铁相及铁素体铁相发混合组成相，以减缓铁素体铁相发生σ相脆化现象。其中该氮元素可来自氮化物、碳氮化物，例如，氮化铁、碳氮化铁和/或氮化硅等。
根据本发明的优选实施方案，所述合金材质中奥氏体铁相及铁素体铁相的体积百分比维持在≥30％：≥30％。
本发明中，所述铸造形成的杆头可焊接结合不同材质的击球面板。据此，本发明所提供的高尔夫球杆头合金的制造方法包含下列步骤：将母合金、硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、铜、镍及氮加入高温熔炉中；使铁以外的碳、硅、锰、铜、镍、铬、钼及氮的重量比维持在≤0.07％：≤1.0％：≤2.0％：≤1.0％：4.0％至7.0％：19.5％至24.5％：2.0％至4.0％：0.07％至0.23％，以供形成兼具奥氏体铁相及铁素体铁相的稳定合金材质；利用该合金材质精密铸造成预定形状的高尔夫球杆头；及当该杆头焊接结合不同材质的击球面板时，选择以高温回火处理，供去除焊接产生的应力。根据本发明的具体实施方案，在所述杆头与击球面板焊接结合后，以300至400℃的高温回火处理，以去除焊接产生的应力。
本发明中，在所述合金完全熔融后可取样测量组成比例，使铁以外的碳、硅、锰、铜、镍、铬、钼及氮的重量比维持在≤0.07％：≤1.0％：≤2.0％：≤1.0％：4.0％至7.0％：19.5％至24.5％：2.0％至4.0％：0.07％至0.23％的预定值。
综上所述，本发明主要是利用预定组成比例的铁等各种元素构成兼具奥氏体铁相及铁素体铁相的合金材质，同时利用特定比例的氮元素稳定上述奥氏体铁相及铁素体铁相的混合组成相，这样使制得的高尔夫球杆头兼具低硬度、高耐蚀性及高焊接兼容性等特性，而能方便套颈调角、耐氧化锈蚀及具有较高焊接兼容性。
附图说明
图1为本发明的高尔夫球杆头合金的制造方法的流程示意图。
具体实施方式
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特列举本发明的较佳实施例，并配合附图，进行详细说明。
图1是揭示本发明的高尔夫球杆头合金的制造方法的流程示意图。
本发明的高尔夫球杆头合金的制造方法包含下列步骤：
将母合金、硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、铜、镍及氮加入高温熔炉中；使铁以外的碳、硅、锰、铜、镍、铬、钼及氮的重量比维持在≤0.07％：≤1.0％：≤2.0％：≤1.0％：4.0％至7.0％：19.5％至24.5％：2.0％至4.0％：0.07％至0.23％，以供形成兼具奥氏体铁相及铁素体铁相的稳定合金材质；利用该合金材质精密铸造成预定形状的高尔夫球杆头；及当该杆头焊接结合不同材质的击球面板时，选择以高温回火处理，供去除焊接产生的应力。
请参照图1所示，本发明的高尔夫球杆头合金的制造方法的第一步骤是将母合金、硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、铜、镍及氮加入高温熔炉中。本发明主要是选择使用母合金、硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、铜、镍及氮等配料，以熔融形成具有特定组成比例及特定组成相的碳、硅、锰、铜、镍、铬、钼、氮及铁等元素的合金材质，供做为高尔夫球杆头的基材(matrix)，而所述母合金除铁以外是包含0.04％的碳、0.80％的硅、1.00％的锰、6.38％的镍、22.9％的铬、0.90％的钼、0.03％的磷及0.01％的硫。上述配料也可依需求选择变换成其它配料，以熔融形成具有相同组成比例的铁合金材质。此外，该合金因工艺及原料不同而可能含有部分微量掺质(杂质)，例如磷(P)0.05％以下、硫(S)0.05％以下。同时，为了避免在配料熔融时发生沉淀现象及防止制成的杆头成品良率低落的问题，本发明优选是依特定熔融顺序将母合金、硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、铜、镍及氮等配料加入高温熔炉(例如高周波炉)中进行合金熔炼工艺。该高温熔炉的温度控制在1350℃至1730℃之间。另外，本发明优选是使用呈细粒不规则状的上述配料，各配料优选是以少量多次的方式缓慢的加入熔解炉内，以避免因大量加入配料而突发架桥现象(配料不完全熔融而黏结成团块状，致使高温熔炉内部产生空穴或气泡)，降低熔炉的危险性。
请再参照图1、表一及表二所示，本发明的高尔夫球杆头合金的制造方法的第二步骤是使铁以外的碳、硅、锰、铜、镍、铬、钼及氮的重量比维持在≤0.07％：≤1.0％：≤2.0％：≤1.0％：4.0％至7.0％：19.5％至24.5％：2.0％至4.0％：0.07％至0.23％，以供形成兼具奥氏体铁相及铁素体铁相的稳定合金材质。当上述配料加入高温熔炉以形成熔融合金后，接着则取样测量熔融合金的重量组成比例，以确保铁以外的碳、硅、锰、铜、镍、铬、钼及氮的重量比维持在≤0.07％：≤1.0％：≤2.0％：≤1.0％：4.0％至7.0％：19.5％至24.5％：2.0％至4.0％：0.07％至0.23％(其余组成则基本上为60.20％至70.36％的铁)的较佳预定组成比例，以便该熔融合金能冷却固化形成兼具奥氏体铁相(austenite)及铁素体铁相(ferrite)的合金材质。特别是，如表一所示，与惯用高尔夫球杆头的其它不锈钢(SUS17-4PH或SUS431Cast)或软铁类(8620低合金钢)等材质相比较，本发明的合金材质是额外具有0.07％至0.23％组成比例的氮元素，上述特定比例的氮元素是可稳定奥氏体铁相及铁素体铁相的混合组成相，特别是可做为奥氏体铁相的强烈稳定剂，以稳定奥氏体铁相的生成，及减缓铁素体铁相发生σ相脆化现象，并进而使该合金制成的对象(如杆头)具有较大的热处理范围，以供消除焊接产生的应力。
如上所述，本发明是藉由预定组成比例的铁等各种元素构成兼具奥氏体铁相及铁素体铁相的合金材质，同时利用氮元素稳定上述混合组成相，而使制成的合金材质能兼具铁素体铁相及奥氏体铁相的优点(例如铁素体铁相的耐孔蚀性及低硬度，及奥氏体铁相的耐均匀锈蚀性及耐冲击性)，并同时降低两种铁相的缺点(例如铁素体铁相的低韧性及易发生σ相脆化问题，及奥氏体铁相的易发生孔蚀问题)。特别是，如表二所示，当本发明使奥氏体铁相及铁素体铁相的体积百分比维持在≥30％：≥30％时，将可使两种铁相的优点达到最大，及使其缺点减至最低，这样，该合金材质将具有适当的低硬度、高耐锈蚀性(不易氧化生锈、孔蚀或均匀锈蚀)、高焊接兼容性、高机械性质、高铸造性、高延展性及高抗拉强度等。
表一、本发明及惯用高尔夫球杆头合金的组成比例的对照表(单位为wt％)。
| 规格 | 碳C | 硅Si | 锰Mn | 铜Cu | 镍Ni | 铬Cr | 钼Mo | 氮N | 铁Fe |
| 本发明材质 | 0.07↓ | 1.0↓ | 2.0↓ | 1.0↓ | 4.0-7.0 | 19.5-24.5 | 2.0-4.0 | 0.07-0.23 | Bal. |
| SUS17-4PH | 0.07↓ | 1.0↓ | 1.0↓ | 3.0-5.0 | 3.0-5.0 | 15.5-17.5 | -- | -- | Bal. |
| SUS431Cast | 0.3↓ | 1.5↓ | 1.0↓ | -- | 2.0↓ | 18.0-21.0 | -- | -- | Bal. |
| 8620 | 0.15-0.25 | 0.2-0.8 | 0.65-0.95 | -- | 0.4-0.7 | 0.4-0.7 | 0.15-0.25 | -- | Bal. |
表二、本发明及惯用高尔夫球杆头合金的物理性质的对照表。
| 材质名称 | 抗拉强度tensilestrength(Kg/mm2) | 降伏强度yieldstrength(Kg/mm2) | 伸长率elongation(％ in50mm) | 比强度specific strength(Kg/mm2/g/cm3) | 硬度hardness |
| 本发明材质 | 70 | 55 | 30 | 8.95 | HRC 14-22 |
| SUS17-4PH | 98 | 85 | 12 | 12.65 | HRC 28-38 |
| SUS431Cast | 67 | 42 | 18 | 8.74 | HRC 20-28 |
| 8620 | 60 | 42 | 15 | 7.69 | HRB 85-95 |
请再参照图1所示，本发明高尔夫球杆头合金及其制造方法的第三步骤是利用该合金材质精密铸造成预定形状的高尔夫球杆头。当上述熔融合金依特定金属熔融顺序及组成比例制备完成，且其取样测量的比重符合预定比重值后，在出炉前进行除气及除渣后，即可将其直接浇注进入用以精密铸造的模具内，供制造预定形状的高尔夫球杆头(及/或其击球面板)，这样完成浇铸的高尔夫球杆头不需经由热处理，即可进行震壳、去浇口、切边、研磨、调角、磨光等步骤以制成铁杆或木杆的杆头成品，且制得杆头的材质将兼具奥氏体铁相及铁素体铁相的混合组成相，进而具有适当的低硬度、高耐锈蚀性(不易氧化生锈、孔蚀或均匀锈蚀)、高焊接兼容性、高机械性质、高铸造性、高延展性及高抗拉强度等特性(如表二所示)，特别是本发明合金材质的高铸造性、低硬度及高焊接性的特性，更能达到下列优点：(1)使杆头在铸造时具有较佳流动性及成型性，以减少产生渣孔及气孔；(2)使杆头具有适中硬度及稍大可塑性，以便其套颈形成较大可调角度范围，而易于进行调角；及(3)杆头能与不同材质的击球面板进行高兼容性的焊接结合，以满足不同产品及使用者的需求。另外，精密铸造的模具不但能形成高尔夫球杆头的预定形状，且还能在模具上同时加工形成比较精密的图案、文字、型号及/或商标，因此利用本发明的方法制成的高尔夫球杆头也可藉由精密铸造直接形成图案、文字、型号及/或商标。
请再参照图1所示，本发明的高尔夫球杆头合金的制造方法的第四步骤是当该杆头焊接结合不同材质的击球面板时，选择以高温回火处理，供去除焊接产生的应力。由本发明合金材质制成的杆头可选择：(1)直接在制造过程中一体成形制成击球面板；(2)利用焊接结合相同材质制成的击球面板；或(3)利用焊接结合不同材质制成的击球面板。特别是，当焊接结合不同材质制成的击球面板时，本发明合金材质的高焊接兼容性将能大幅提升焊接品质。例如，当本发明合金材质制成的杆头与高强度的马氏体时效钢(麻时效钢)制成的击球面板以高能量的激光焊接工艺(功率2000至3000W；速度0.6至1.8m/min)进行焊接结合时，本发明的合金材质将与马氏体时效钢材质在该杆头与击球面板间的焊接位置(焊道)以约1：1的稀释比(dilution ratio)形成焊接熔融结合，这样当完成焊接时，焊道的合金混合组成相除包含奥氏体铁相及马氏体铁相(martensite)外，也将进一步析出形成≥15％的铁素体铁相，藉由低硬度的铁素体铁相，本发明即可使杆头与击球面板间的焊道形成高焊接兼容性，以有效避免产生裂痕等缺陷。
另外，当完成上述异质焊接工艺后，优选是以300至400℃的高温回火处理约2小时，供进一步去除焊接产生的应力，热处理后同样进行研磨、调角、磨光等步骤以制成铁杆或木杆的杆头成品。另外，由于本发明合金材质兼具奥氏体铁相及铁素体铁相的混合组成相，且进一步利用氮元素稳定上述混合组成相，因此即使热处理的条件骤升至750℃、3小时，该氮元素及奥氏体铁相仍可防止铁素体铁相发生σ相脆化问题，故上述异质焊接后的300至400℃高温回火处理确实不会损害本发明杆头的机械性质。
请再参照图1所示，本发明的高尔夫球杆头合金的制造方法是利用预定组成比例的铁等各种元素构成兼具奥氏体铁相及铁素体铁相的合金材质，同时利用特定比例的氮元素稳定上述混合组成相，如此制得的高尔夫球杆头将兼具低硬度、高耐蚀性及高焊接兼容性等极佳特性。与惯用高尔夫球杆头的软铁类或不锈钢等合金具有不耐锈蚀、焊接结合度不佳等缺点相比较，利用图1所示方法得到的本发明的高尔夫球杆头合金确实能在方便套颈调角的前提下，同时具有提升耐锈蚀性及增加焊接兼容性的功效。
虽然本发明已以较佳实施例揭示，然其并非用以限定本发明，任何熟悉该领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与修改，本发明的保护范围应以权利要求所界定的为准。
Claims (14)
1、一种高尔夫球杆头合金，该合金是将母合金、硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、铜、镍及氮熔融成合金材质以精密铸造成高尔夫球杆头，该杆头的材质兼具奥氏体铁相及铁素体铁相，并且，所述合金材质除铁以外的碳、硅、锰、铜、镍、铬、钼及氮的重量比是维持在≤0.07％：≤1.0％：≤2.0％：≤1.0％：4.0％至7.0％：19.5％至24.5％：2.0％至4.0％：0.07％至0.23％。
2、根据权利要求1所述的高尔夫球杆头合金，其中所述母合金除铁以外包含0.04％的碳、0.80％的硅、1.00％的锰、6.38％的镍、22.9％的铬、0.90％的钼、0.03％的磷及0.01％的硫。
3、根据权利要求1所述的高尔夫球杆头合金，其中占0.07％至0.23％重量比的氮元素是用以稳定奥氏体铁相及铁素体铁相的混合组成相，以减缓铁素体铁相发生σ相脆化现象。
4、根据权利要求1所述的高尔夫球杆头合金，其中奥氏体铁相及铁素体铁相的体积百分比是≥30％：≥30％。
5、根据权利要求1所述的高尔夫球杆头合金，其中铸造形成的杆头是焊接结合不同材质的击球面板。
6、根据权利要求5所述的高尔夫球杆头合金，其中所述杆头与击球面板焊接结合后，以300至400℃的高温回火处理。
7、根据权利要求1所述的高尔夫球杆头合金，其中在该合金完全熔融后取样测量组成比例，使铁以外的碳、硅、锰、铜、镍、铬、钼及氮的重量比维持在≤0.07％：≤1.0％：≤2.0％：≤1.0％：4.0％至7.0％：19.5％至24.5％：2.0％至4.0％：0.07％至0.23％。
8、一种高尔夫球杆头合金的制造方法，该方法包括步骤：
将母合金、硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、铜、镍及氮加入高温熔炉中；
使铁以外的碳、硅、锰、铜、镍、铬、钼及氮的重量比维持在≤0.07％：≤1.0％：≤2.0％：≤1.0％：4.0％至7.0％：19.5％至24.5％：2.0％至4.0％：0.07％至0.23％，以供形成兼具奥氏体铁相及铁素体铁相的合金材质；及
将该合金材质精密铸造成预定形状的高尔夫球杆头。
9、根据权利要求8所述的高尔夫球杆头合金的制造方法，其中所述母合金除铁以外包含0.04％的碳、0.80％的硅、1.00％的锰、6.38％的镍、22.9％的铬、0.90％的钼、0.03％的磷及0.01％的硫。
10、根据权利要求8所述的高尔夫球杆头合金的制造方法，其中占0.07％至0.23％重量比的氮元素是用以稳定奥氏体铁相及铁素体铁相的混合组成相，以减缓铁素体铁相发生。相脆化现象。
11、根据权利要求8所述的高尔夫球杆头合金的制造方法，其中奥氏体铁相及铁素体铁相的体积百分比维持在≥30％：≥30％。
12、根据权利要求8所述的高尔夫球杆头合金的制造方法，其中铸造形成的杆头是焊接结合不同材质的击球面板。
13、根据权利要求12所述的高尔夫球杆头合金的制造方法，其中所述杆头与击球面板焊接结合后，以300至400℃的高温回火处理。
14、根据权利要求8所述的高尔夫球杆头合金的制造方法，其中在该合金完全熔融后取样测量组成比例，使铁以外的碳、硅、锰、铜、镍、铬、钼及氮的重量比维持在≤0.07％：≤1.0％：≤2.0％：≤1.0％：4.0％至7.0％：19.5％至24.5％：2.0％至4.0％：0.07％至0.23％。
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: FUSHENG APPLICATION TECHNOLOGY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: FUSHENG CO., LTD. Effective date: 20110818 |
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20090708 |