CN107779755A - 一种高尔夫球杆头合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高尔夫球杆头合金及其制备方法，属于合金技术领域，包含：以重量百分比计0.25～1.0％的硅、0.25～1.5％的锰、2.0～3.5％的钼、6.0～8.0％的镍、15.5～18.0％的钨，0.15～0.65％的铝，0.1～0.8％的钛，其余部分为铁及不可避免的杂质所构成。本发明添加的镍能提高合金材料的高温强度和抗冲击韧性，钨比重大，具有很高的硬度和耐磨性，且能提高热强性，硅提升合金在液态时的流动性，再配合钼、钛提升合金的机械性质，并添加铝以稳定合金的延展性，使合金不会因为强度提升而导致延展性大幅下降，同时本发明生产工艺简单、效率高，制作出强度、硬度、耐磨耗度相较于现有合金所制得的高尔夫球杆头均更为优异的高尔夫球杆头。

Description

一种高尔夫球杆头合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高尔夫球杆头合金及其制备方法，属于合金技术领域。
背景技术
高尔夫运动被认为是一种最受材料影响的运动，其最直接和最简单的就是高尔夫球杆球头材料要求。通常击球距离主要受高尔夫球头的击球面的硬度和抗拉强度影响，唯有这两个性能均较高时，才能确保将更多的挥杆击球力传递给球，使球被击得更远，飞行路线更理想。随着高尔夫运动的诞生和发展，球杆球头材料从木材到低碳钢。目前，高尔夫球杆球头材料多是钛合金材料，其比强度大、重量轻，可制作大号球头，体积大惯性矩就大，球路弯曲也减少。但是，钛合金的工艺性能差，硬度只能达到HRC46左右，且切削加工困难，在热加工中，非常容易吸收氢氧氮碳等杂质，还有抗磨性差，生产工艺复杂。铁合金成本更低，亟需一种高强度高硬度耐磨耐腐蚀的新型铁合金材料，运用与高尔夫球杆头上具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种高尔夫球杆头合金，通过添加多种金属元素，冶炼出具有良好强度、硬度及力学性能的可作为高尔夫球杆头材质铁合金材料，可应用到高强、高硬、腐蚀性等环境中。
为达到前述目的，本发明所运用的技术内容包含有：
一种高尔夫球杆头合金，包含：以重量百分比计0.25～1.0％的硅、0.25～ 1.5％的锰、2.0～3.5％的钼、6.0～8.0％的镍、15.5～18.0％的钨，0.15～0.65％的铝，0.1～0.8％的钛，其余部分为铁及不可避免的杂质所构成。
本发明的高尔夫球杆头合金，其中，该高尔夫球杆头合金中包含有以重量百分比计6.5～8.0％的镍。
本发明的高尔夫球杆头合金，其中，该高尔夫球杆头合金中包含有以重量百分比计0.5～1.0％的硅。
本发明的高尔夫球杆头合金，其中，该高尔夫球杆头合金中包含有以重量百分比计0.5～1.5％的锰。
本发明的高尔夫球杆头合金，其中，该高尔夫球杆头合金中包含有以重量百分比计2.5～3.5％的钼。
本发明的高尔夫球杆头合金，其中，该高尔夫球杆头合金中包含有以重量百分比计16.0～17.5％的钨。
本发明的高尔夫球杆头合金，其中，该高尔夫球杆头合金中包含有以重量百分比计0.20～0.60％的铝。
本发明的高尔夫球杆头合金，其中，该高尔夫球杆头合金中包含有以重量百分比计0.2～0.7％的钛。
本发明的高尔夫球杆头合金，其中，该高尔夫球杆头合金中另包含有以重量百分比计低于0.08％的碳。
本发明的目的是通过如下措施来实现：
本发明的制作高尔夫球杆球头的铁合金材料，组成合金材料的元素为Fe、W、 Ni、Mo、Ti、Al、Mn、Si,组成合金材料各元素质量百分数之和为100％；合金材料中各元素纯度均在99.9at％以上，其余为杂质元素。本发明的铁合金材料以铁为主，合金材料中所添加的元素(除Al外)原子半径与Fe原子半径差均小于 15％，可形成良好的固溶体。此外，添加的几种元素使合金的混合熵高，可以减小电负性差，抑制合金形成复杂的晶体结构和出现二次及其他复杂相。添加的镍元素能提高该合金材料的高温强度和抗冲击韧性，添加的钨元素比重大，具有很高的硬度和耐磨性，且能提高热强性。添加的硅元素提升合金在液态时的流动性，再配合钼、钛提升合金的机械性质，并添加铝以稳定合金的延展性，使合金不会因为强度提升而导致延展性大幅下降，使合金组织各元素分布更均匀化，减少成分偏析，使合金材料具有高的硬度。
本发明的铁合金材料的制备工艺过程为：各元素材料准备-锯切-清洗和去除氧化皮-配比-清洗-电弧炉熔炼-取样-冷却-制备试样-热处理-组织和力学性能分析。其电弧炉熔炼电流范围在750A～900A，每次熔炼时间为3～5分钟，每次熔炼后翻转合金材料后继续熔炼，以合金融化均匀为准。
电弧炉制备材料后热处理工艺为：高温退火；退火温度为780～850℃，保温5小时，冷却方式为随炉冷却。随退火温度的增加，屈服强度略有降低，塑性得到大幅度的提升，维氏硬度有所增加。在850℃下热处理后材料强度和塑性综合性能最好。主要由于随温度的增加，消除合金内铸态应力和一些缺陷，屈服强度下降，同时，合金内各元素更加均匀分布，晶粒细化，塑性和硬度都有所提高。
有益效果：本发明一种高尔夫球杆头合金，添加的镍元素能提高该合金材料的高温强度和抗冲击韧性，添加的钨元素比重大，具有很高的硬度和耐磨性，且能提高热强性。添加的硅元素提升合金在液态时的流动性，再配合钼、钛提升合金的机械性质，并添加铝以稳定合金的延展性，使合金不会因为强度提升而导致延展性大幅下降，使合金组织各元素分布更均匀化，减少成分偏析，使合金材料具有高的硬度，且本发明具有耐高温性，同时，本发明生产工艺简单、效率高、成本低、市场广泛，具有良好的市场价值，能制作出强度、硬度、耐磨耗度相较于现有合金所制得的高尔夫球杆头均更为优异的高尔夫球杆头。
具体实施方式
为让本发明的上述及其他目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举本发明的较佳实施例作详细说明如下：
一种高尔夫球杆头合金，配料的重量百分比维持在：0.25～1.0％的硅、 0.25～1.5％的锰、2.0～3.5％的钼、6.0～8.0％的镍、15.5～18.0％的钨，0.15～ 0.65％的铝，0.1～0.8％的钛，其余部分为铁及不可避免的杂质。该熔融合金中镍的比例更佳为6.5～8.0％，硅的组成比例更佳为0.5～1.0％，锰的比例更佳为 0.5～1.5％，钼的比例更佳为2.5～3.5％，钨的比例更佳为16.5～17.5％，铝的比例更佳为0.20～0.60％，钛的比例更佳为0.2～0.7％。
合金材料的制备工艺主要过程为：各元素材料准备-锯切-清洗和去除氧化皮-配比-清洗-电弧炉熔炼-取样-冷却-制备试样-热处理-组织和力学性能分析。其电弧炉熔炼电流范围在750A～900A，每次熔炼时间为3～5分钟，每次熔炼后翻转合金材料后继续熔炼，以合金融化均匀为准。热处理和力学性能试验的试样为φ5mm×10mm的圆柱体，所有合金元素纯度均在99.9％以上。表1、2 分别为各实施例的成分配比和力学性能。
表1、各实施例合金的成分(质量百分比/％)
实施例 铁 钨 镍 钼 钛 铝 锰 硅
实施例1 71.55 17.8 6.5 2.5 0.7 0.2 0.3 0.45
实施例2 70.55 16.0 7.8 3.0 0.6 0.3 0.8 0.95
实施例3 70.05 16.5 7.5 3.5 0.4 0.5 1.0 0.55
实施例4 69.85 17.5 7.0 3.3 0.2 0.6 1.3 0.25
表2、各实施例力学性能
实施例 E/GPa σy/GPa σmax/GPa ε/％ HV
实施例1 16.13 1.19 1.54 24.89 613.02
实施例2 16.24 1.21 1.55 25.16 609.32
实施例3 16.02 1.18 1.58 25.63 611.58
实施例4 16.41 1.15 1.51 25.54 607.96
电弧炉制备材料后热处理工艺为：高温退火；退火温度为780～850℃，保温5小时，冷却方式为随炉冷却。压缩和维氏硬度试样为φ5mm×10mm的圆柱体，四个实施例的合金试样850℃退火保温5小时后的力学性能如表3所示。
表3四个实施例中合金材料热处理后的力学性能
实施例 E/GPa σy/GPa σmax/GPa ε/％ HV
实施例1 14.20 1.12 1.51 26.85 603.97
实施例2 14.61 1.15 1.49 26.55 605.16
实施例3 14.19 1.08 1.54 26.17 610.02.
实施例4 14.35 1.06 1.46 25.78 606.25
从表3可以看出，各实施例具有良好的强度、硬度及力学性能，用其制作的高尔夫球杆头具有很好的强度和硬度。
表4为本发明四个实施例与现有技术高尔夫球杆头合金ST-22的机械性质对照表。
从表4可以看出，本发明的四个实施例的抗拉强度、降伏强度和硬度均高于现有技术ST-22的机械性质，伸长量略低于ST-22，可以得出本发明一种高尔夫球杆头合金具有良好的强度、硬度，利于延长高尔夫球杆头的使用寿命，且使产品使用性能更优。
以上所述，仅是本发明的最佳实施例及相应实施案例，并非对本发明作其他形式的限制，任何熟悉本领域的技术人员利用上述揭示的技术内容加以变更或者改型为等同变化的等效实施例。但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种高尔夫球杆头合金，其特征在于，其包含：以重量百分比计0.25～1.0％的硅、0.25～1.5％的锰、2.0～3.5％的钼、6.0～8.0％的镍、15.5～18.0％的钨，0.15～0.65％的铝，0.1～0.8％的钛，其余部分为铁及不可避免的杂质所构成。
2.根据权利要求1所述的一种高尔夫球杆头合金，其特征在于，该高尔夫球杆头合金中包含有以重量百分比计6.5～8.0％的镍。
3.根据权利要求1所述的一种高尔夫球杆头合金，其特征在于，该高尔夫球杆头合金中包含有以重量百分比计0.5～1.0％的硅。
4.根据权利要求1所述的一种高尔夫球杆头合金，其特征在于，该高尔夫球杆头合金中包含有以重量百分比计0.5～1.5％的锰。
5.根据权利要求1所述的一种高尔夫球杆头合金，其特征在于，该高尔夫球杆头合金中包含有以重量百分比计2.5～3.5％的钼。
6.根据权利要求1所述的一种高尔夫球杆头合金，其特征在于，该高尔夫球杆头合金中包含有以重量百分比计16.0～17.5％的钨。
7.根据权利要求1所述的一种高尔夫球杆头合金，其特征在于，该高尔夫球杆头合金中包含有以重量百分比计0.20～0.60％的铝。
8.根据权利要求1所述的一种高尔夫球杆头合金，其特征在于，该高尔夫球杆头合金中包含有以重量百分比计0.2～0.7％的钛。
9.根据权利要求1所述的一种高尔夫球杆头合金，其特征在于，该高尔夫球杆头合金中另包含有以重量百分比计低于0.08％的碳。
10.一种高尔夫球杆头合金的制备方法，其特征在于，包括制作步骤如下：各元素材料准备-锯切-清洗和去除氧化皮-配比-清洗-电弧炉熔炼-取样-冷却-制备试样-热处理-组织和力学性能分析，所述电弧炉熔炼电流范围在750A～900A，每次熔炼时间为3～5分钟，每次熔炼后翻转合金材料后继续熔炼，以合金融化均匀为准；电弧炉制备材料后热处理工艺为：高温退火；退火温度为780～850℃，保温5小时，冷却方式为随炉冷却。
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