CN113020602B

CN113020602B - 一种高密度的高尔夫球头配重块

Info

Publication number: CN113020602B
Application number: CN202110268596.3A
Authority: CN
Inventors: 朱明洲; 赵志烨; 宋泓庆
Original assignee: Dongguan Yidong Numerical Control Technology Co ltd
Current assignee: Dongguan Yidong Numerical Control Technology Co ltd
Priority date: 2021-03-12
Filing date: 2021-03-12
Publication date: 2022-10-21
Anticipated expiration: 2041-03-12
Also published as: CN113020602A

Abstract

本发明公开了一种高密度的高尔夫球头配重块，包括内层合金部件和外层合金部件，所述外层合金部件部分或者完全包围所述内层合金部件，所述内层合金部件经过二次烧结与均压挤制，密度介于18.0～18.8g/cm³，所述外层合金部件厚度为0.5～2.0mm，其溶点介于1450～1650℃之间。本发明提高了配重块内层合金结构的比重，又保证了配重块外部合金结构的可焊接性，推进了高尔夫球杆技术的进步。

Description

一种高密度的高尔夫球头配重块

技术领域

本发明涉及高尔夫球杆，具体涉及一种高密度的高尔夫球头配重块，该配重块用以调整高尔夫球杆头重心。

背景技术

高尔夫球运动，为一项利用球杆将球击入球洞的运动；为了增加运动之挑战，球场之设计均具有特定的障碍，如树林区、长短草区、沙坑、水池。所以，一般高尔夫球运动的球具，因应不同障碍与使用目的，通常包含木杆头(Wood)3～5支、铁杆(Iron)8～6支、劈起杆杆头(PW)或砂坑杆(SW)2支、以及推杆(putter)1支，总共14支(合乎规则)。分别陈述如下：

1.木杆头：主要可分为开球木杆(Driver)与球道木杆(Fairway)，其特点为：击球距离远。开球木杆主要用于开球，近期发展主要以大型化与轻量化为主轴，以扩大有效击球区域，一般以钛合金为主体材料。球道木杆，则以高强度不锈钢为主体材料，并结合异素材之复合材质设计。依USGA规格，球杆头可分为7个部位，包括：顶盖(Crown)、底部(Sole)、打击面(Face)、根部(Heel)、头部(Toe)、杆部(Hosel)及线沟(Scoreline)。

2.铁杆头：主要可分为铁杆、劈起杆与沙坑杆，其特点为：击球距离准确，以及击球之操控性。其发展主要朝向扩大击球甜蜜区、新材质与复合结构(包括吸振塑料材料填充)，一般以不锈钢、合金钢或软铁为主体材料。另外，铁杆头依击球距离需求，球头打击面与杆部设计为不同倾角(不同号数铁杆头)，使之控制击球距离。

3.推杆：主要可分为D、T、L与PIN四种类型，其特点为：击球滚动稳定性。其发展主要以打击面低旋转(击球低扭力)为主，设计时亦会考虑造型美观与重心设计，一般以不锈钢、铝合金或软铁为主体材料。高尔夫运动依击球距离需求，球头打击面与杆部存在不同倾角，产生不同的飞行轨迹，达到不同的击球距离。惟，球杆头的重心位置，将影响着球的飞行轨迹与与距离，以及落地后滚动特征，如图1所示。球具在设计时，降低滚动特征，通常打击面会设计线沟，以达到高尔夫球飞行产生逆旋转(back spin)，而增加在空中滞留的时间，以增加飞行距离；或者，增加球落地后，回退滚动之特征。

此外，具相同的打击面与杆部倾角之球杆头，当重心位置较高时，其击球仰角较低，则距离与滚动较大；反之，当重心位置较低时，其击球仰角较大，则距离与滚动较低，亦即此时击球距离变异量较低。早期，为降低击球之失击率，球头朝大型化发展。以铁杆为例，改良刀背式球头为中凹背式球头，则有效减少失击率，惟却提升了击球重心，造成的距离变异性大。因此，近年来，在高尔夫球杆头之设计上，皆考虑球头下半部，增设比本体材料密度大之材料组件，亦即俗称之配重块。以调整球头之击球重心，达到稳定的挥击与变异性低的击球距离。

搭配高尔夫球头本体材料，铁基材料密度介于7.5～7.9g/cm³，或钛基材料密度介于4.4～4.8g/cm³。因此，商用配重块主要密度之分布，包括：

1.密度介于8.5～9.0g/cm³，主要以铜合金与镍合金为主；

2.密度介于10.0～12.0g/cm³，主要以30～45wt％钨粉为主，搭配镍、铁、铬或铜元素，以铸造、粉末冶金或粉末射出制造。

3.密度介于13.8～16.0g/cm³，主要以60～75wt％钨粉为主，搭配镍、铁、铬或铜元素，以粉末冶金或粉末射出制造。

4.密度介于16.8～17.8g/cm³，主要以80～90wt％钨粉为主，搭配镍、铁、铬或铜元素，以粉末冶金或粉末射出制造。

配重块与球头之配合方式，通常以嵌入式，或螺丝锁配为主。近年来，为降低成本、生产周期、与接合性，配重块则以运用焊接方式固定于球头为发展重点。但配重块多以钨基粉末制程，高熔点的钨粉不利于焊接制程，过去，焊接式配重块虽可以牢固固定于球头，但其缺点为，同时容易伴随焊接后产生色差问题。因此，发展可焊接之配重块，为高尔夫球杆头之重要课题。

专利号CN203874405U，为一种应用于高尔夫球头之双比重的复合金属配重块，其主要特点为环形结构，以嵌入于球头底部方式提供球头重心配重，然其环状结构虽可达到焊接特性，仍存在焊接色差问题。

专利号CN1272082C，为一种焊接制程中不熔融之高尔夫球配重块，其特点为焊接制程中，其不熔融特性使球头不易形成焊接后的色差；其虽可达到焊接特性，惟因配重块本身不熔融，使用后存在配重块剥离之风险与问题。

专利号CN202892833U，为一种双比重之高尔夫球头配重块，其特点为环状配重块，利用金属粉末射出成型制程不锈钢或铁系合金钢材质之易焊接薄壳，外层材质与本体兼容，利于焊接制成，不易产生焊接缺陷。其系利用与本体材料相似材料，为配重块一部分，其虽可达到焊接特性，仍有整体配重块密度降低之问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种高密度的高尔夫球头配重块，克服现有技术的高尔夫球头配重块虽具有可焊接性但配重块密度低的缺陷。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种高密度的高尔夫球头配重块，包括内层合金部件和外层合金部件，所述外层合金部件部分或者完全包围所述内层合金部件，所述内层合金部件经过二次烧结与均压挤制，密度介于18.0～18.8g/cm³，所述外层合金部件厚度为0.5～2.0mm，其熔点介于1450～1650℃之间。

根据本发明的实施例，所述内层合金部件含钨元素92～94wt％、镍元素4～6wt％、铁元素和铬元素的混合物4～0wt％。

根据本发明的实施例，铁元素和铬元素的混合物中铁元素和铬元素的比例为2：1。

根据本发明的实施例，所述外层合金部件含钨元素30～40wt％、镍元素30～40wt％、铁元素和铬元素的混合物40～20wt％，且熔点介于1450～1550℃之间。

根据本发明的实施例，所述外层合金部件含钨元素45～55wt％、镍元素20～30wt％、以及钛元素35～15wt％，且熔点介于1550～1650℃之间。

发明的有益效果：本发明提高了配重块内层合金结构的比重，又保证了配重块外部合金结构的可焊接性，推进了高尔夫球杆技术的进步。

附图说明

下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：

图1为高低重心击球飞行轨迹与球滚动特征示意图；

图2为本发明不同外型配重块示意图；

图3为本发明Ni-W二元相图；

图4为本发明Ti-W二元相图；

图5为本发明配重块内、外层结构烧结示意图；

图6为本发明实施例C配重块结构图；

图7为本发明实施例C配重块内、外层结构界面图。

具体实施方式

如图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，本发明高密度的高尔夫球头配重块包括内层合金部件和外层合金部件，外层合金部件部分或者完全包围内层合金部件，内层合金部件经过二次烧结与均压挤制，密度介于18.0～18.8g/cm³，外层合金部件厚度为0.5～2.0mm，其熔点介于1450～1650℃之间。根据本发明的实施例，内层合金部件含钨元素92～94wt％、镍元素4～6wt％、铁元素和铬元素的混合物4～0wt％。铁元素和铬元素的混合物中铁元素和铬元素的比例为2：1。外层合金部件含钨元素30～40wt％、镍元素30～40wt％、铁元素和铬元素的混合物40～20wt％，且熔点介于1450～1550℃之间，铁元素和铬元素的混合物中铁元素和铬元素的比例为2：1。另一种外层合金部件含钨元素45～55wt％、镍元素20～30wt％、以及钛元素35～15wt％，且熔点介于1550～1650℃之间。

为理解本发明之创新设计，以下兹说明相关元素配比与合金设计之特征：

1.内层合金部件：

钨元素：目前，商用高尔夫球头，其配重块密度可分为：8.5～9.0g/cm³、10.0～12.0g/cm³、13.8～16.0g/cm³，16.8～17.8g/cm³，四等级。最高密度约为16.8～17.8g/cm³。为达产业创新性，本发明配重块内层结构设计密度为18.0～18.8g/cm³，因此，钨元素大于92wt％，惟过高的钨元素将不利于于烧结，因此限制低于94wt％。因此，本发明之钨元素限制介于92.0～94.0wt％之间。

镍元素：考虑烧结的结合性，镍元素须大于4wt％，惟考虑钨元素配比，因此限制低于6wt％。因此，本发明之钨元素限制介于4.0～6.0wt％之间。

铁+铬元素：考虑钨与镍配比，本发明设计之铁铬元素，限制介于0～2.0wt％之间，且铁：铬＝2：1。

2.外层合金部件：为考虑配重块总体密度因素，外层合金部件厚度严格限制为0.5～2.0mm之间。

如图3所示，第一类外层合金部件中：

钨元素：目前，商用高尔夫球头，主要本体材料为铁基材料(熔点约1450℃)或钛基材料(熔点约1650℃)，因此，本发明配重块外层结构(第一类)，钨元素设计严格限制为30～40wt％之间，使其具熔点介于1450～1550℃之间。为理解本发明之创新设计之量产可行性，兹佐以Ni-W二元相图说明。过低的钨元素，将影响配重块总体密度；过高的钨比例，则影响配重块熔点与不利于单相固溶体形成(易形成双相结构)。

镍元素：考虑烧结的结合性与密度，本结构区域设计镍元素与钨元素具相同的配比。因此，镍元素限制介于30～40wt％之间。

铁+铬元素：考虑钨与镍配比，本结构区域设计之铁铬元素，限制介于40～20wt％之间，且铁：铬＝2：1。

如图4所示，第二类外层合金部件中：

钨元素：目前，商用高尔夫球头，主要本体材料为铁基材料(熔点约1450℃)或钛基材料(熔点约1650℃)，因此，本发明配重块外层结构(第二类)，钨元素设计严格限制为45～55wt％之间，使其具熔点介于1550～1650℃之间。为更好地理解本发明之创新设计之量产可行性，兹佐以Ti-W二元相图说明。过低的钨元素，将影响配重块总体密度；过高的钨比例，则影响配重块熔点。

镍元素：考虑烧结的结合性与密度，本结构区域设计镍元素，严格限制介于20～30wt％之间。

钛元素：考虑钨与镍配比，以及熔点与色差问题，本结构区域设计之钛元素，限制介于35～15wt％之间。

综合上述，本发明之高比重配重块组件，突破了配重块现有专利及常用配重块之密度；且可调整熔点之钨基合金外层结构，可与铁系与钛系球头焊接结合，可解决传统配重块焊接性较差问题，且可降低焊接后与球头本体产生色差之缺点，故本发明同时具备产业之新颖性及实用性。

表1

如表1所示，显示本发明实施例A-F六种配重块组件，内层结构成分组成与密度，外层结构成分组成与厚度，以及总体密度。上述配重块系利用3～12μm之钨粉、20～50μm镍粉、30～60μm之铁粉、30～60μm之铬粉、以及30～40μm之钛粉，依照内层结构之合金设计需求，以重量百分比配置，同时添加腊与PE为接合剂，经过V型混练槽(Mixing)，混练4～8小时。尔后，利用30吨压机或射出机台，制成30mmx30mmx10mm方胚。烧结曲线示意图，如图3所示。该配重块毛胚，第一次烧结，预先缓慢升温至750℃，并保持0.5～1.0小时，进行脱腊反应；再升温至1050℃，保持0.5～1.0小时；再升温至1460℃，保持1.0～2.0小时。冷却之后，进行30吨机台均压挤制。接着，进行第二次烧结，缓慢升温至1050℃，保持0.5小时后，升温至1460℃，保持2.0～8.0小时，以完成内层结构。完成内成结构之配重块，依照外层结构合金需求比例调配，添加接合剂，经过混练、粉末成型，进行烧结。烧结条件，如图5所示，于750℃进行脱腊，1050℃保温0.5～1.0小时，于1290℃烧结4.0～8.0小时，以完成外层结构。期间，实施例配重块ABC与17-4PH不锈钢配接，实施例配重块DEF与64钛合金配接，于雷射焊接或离子焊接操作下，其表面外观，无显著的金属颜色差异性。

图6是实施例C之SEM图(扫描式电镜图)。如图6所示本发明实施例C配重块显微结构分布，显示本发明实施例C配重块具有较高的密度特征。此外图7为本发明实施例C内外层界面，显示其有良好的接合性。

本领域技术人员不脱离本发明的实质和精神，可以有多种变形方案实现本发明，以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims

1.一种高密度的高尔夫球头配重块，其特征在于：包括内层合金部件和外层合金部件，所述外层合金部件部分或者完全包围所述内层合金部件，对内层合金部件毛胚第一次烧结，然后均压挤制，其后对所述内层合金部件第二次烧结，完成所述内层合金部件二次烧结后对所述外层合金部件进行粉末成型和烧结，所述内层合金部件含钨元素92~94 wt%、镍元素4~6 wt%、铁元素和铬元素的混合物4~0wt%，使其密度介于18.0~18.8g/cm³，所述外层合金部件含钨元素30~40wt%、镍元素30~40 wt%、铁元素和铬元素的混合物40~20wt%，使其熔点介于1450~1550℃之间，所述外层合金部件厚度为0.5~2.0mm。

2.根据权利要求1所述的高密度的高尔夫球头配重块，其特征在于：所述内层合金部件铁元素和铬元素的混合物中铁元素和铬元素的比例为2：1。

3.根据权利要求1所述的高密度的高尔夫球头配重块，其特征在于：所述外层合金部件铁元素和铬元素的混合物中铁元素和铬元素的比例为2：1。

4.一种高密度的高尔夫球头配重块，其特征在于：包括内层合金部件和外层合金部件，所述外层合金部件部分或者完全包围所述内层合金部件，对内层合金部件毛胚第一次烧结，然后均压挤制，其后对所述内层合金部件第二次烧结，完成所述内层合金部件二次烧结后对所述外层合金部件进行粉末成型和烧结，所述内层合金部件含钨元素92~94 wt%、镍元素4~6 wt%、铁元素和铬元素的混合物4~0wt%，使其密度介于18.0~18.8g/cm³，所述外层合金部件含钨元素45~55wt%、镍元素20~30 wt%、以及钛元素35~15wt%，使其熔点介于1550~1650℃之间，所述外层合金部件厚度为0.5~2.0mm。

5.根据权利要求4所述的高密度的高尔夫球头配重块，其特征在于：所述内层合金部件铁元素和铬元素的混合物中铁元素和铬元素的比例为2：1。