TW202009041A - 高爾夫鐵桿頭之組成合金及其製造方法 - Google Patents

高爾夫鐵桿頭之組成合金及其製造方法 Download PDF

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Abstract

一種高爾夫鐵桿頭之組成合金及其製造方法，該高爾夫鐵桿頭之組成合金包含：21.11至21.16重量份的鉻、5.38至5.43重量份的鎳、0.13至0.17重量份的氮、大於零且小於或等於0.09重量份的碳、1.54至1.66重量份的鉬、1.57至1.64重量份的鈮以及67.85至70.27重量份的鐵。

Description

高爾夫鐵桿頭之組成合金及其製造方法
本發明係關於一種高爾夫鐵桿頭之組成合金及其製造方法，特別是關於一種加入鉬與鈮的高爾夫鐵桿頭之組成合金及其製造方法。
高爾夫球運動因其球場環境大自然化，且運動量和緩；同時，又是強調自我挑戰的球類運動，其運動年齡層可從5歲至90歲，而為多數人喜愛的運動之一，該高爾夫球運動所使用的球具概包括有木桿、鐵桿、起球桿、沙坑桿、推桿等等，各型式的球桿各有其特定的功用及使用的場所。
在前述眾多型式的高爾夫球桿中，鐵桿主要係用以將球擊至目標點的球具，其擊球時的特徵為球飛行距離較木桿稍短，但可將球打的較高，且方向容易掌握，為高爾夫球運動中常有的球桿。
習知用於製作高爾夫鐵桿頭之組成合金，例如我國公開第200940126號「高爾夫球鐵桿頭之組成合金」專利案，是揭露一種高爾夫球鐵桿頭之組成合金，包含：21.5wt%~24.5wt%的鉻、4.45wt%~6.05wt%的鎳、0.17wt%~0.23wt%的氮、1.5wt%~3.5wt%的銅、不大於0.06wt%且含量不為0的碳，及用以平衡且含量不為0的鐵。在此專利案中，主要是利用銅取代一部分的鎳含量。然而，此種高爾夫鐵桿頭之組成合金在進行調角測試及砲擊測試時仍無法通過測試標準。
故，有必要提供一種高爾夫鐵桿頭之組成合金及其 製造方法，以解決習用技術所存在的問題。
本發明之一目的在於提供一種高爾夫鐵桿頭之組成合金及其製造方法，其係通過加入特定組成的鉬及鈮，以通過調角測試及砲擊測試。
為達上述之目的，本發明提供一種高爾夫鐵桿頭之組成合金，其包含：21.11至21.16重量份的鉻、5.38至5.43重量份的鎳、0.13至0.17重量份的氮、大於零且小於或等於0.09重量份的碳、1.54至1.66重量份的鉬、1.57至1.64重量份的鈮以及67.85至70.27重量份的鐵。
在本發明之一實施例中，該高爾夫鐵桿頭之組成合金更包含大於零且小於或等於0.05重量份的銅。
在本發明之一實施例中，該高爾夫鐵桿頭之組成合金更包含0.6至0.98重量份的矽及0.87至0.97重量份的錳。
在本發明之一實施例中，該高爾夫鐵桿頭之組成合金的一平均晶粒尺寸係介於80至100微米之間。
在本發明之一實施例中，該高爾夫鐵桿頭之組成合金的該平均晶粒尺寸係介於88至92微米之間。
為達上述之目的，本發明另提供一種高爾夫鐵桿頭之組成合金的製造方法，包含步驟：提供多個原料，該些原料包含21.11至21.16重量份的鉻、5.38至5.43重量份的鎳、0.13至0.17重量份的氮、大於零且小於或等於0.09重量份的碳、1.54至1.66重量份的鉬、1.57至1.64重量份的鈮以及67.85至70.27重量份的鐵；對該些原料進行一熔煉步驟以形成一液態合金，其中該熔煉步驟的一熔煉溫度係介於1650至1660℃之間；以及對該液態合金進行一澆鑄步驟以形成該高爾夫鐵桿頭之組成合金，其中該澆鑄步驟的一殼模溫度係介於1180至1220℃之間。
在本發明之一實施例中，在該熔煉步驟之後，更包含對該高爾夫鐵桿頭之組成合金進行一回火步驟，其中該回火步 驟的一回火溫度係介於680至700℃之間及一回火時間係介於50至70分之間。
在本發明之一實施例中，在該熔煉步驟中更包含加入0.6至0.98重量份的矽及0.87至0.97重量份的錳，以減少該液態合金中的一殘留氣體。
在本發明之一實施例中，該些材料更包含大於零且小於或等於0.05重量份的銅。
在本發明之一實施例中，該高爾夫鐵桿頭之組成合金的一平均晶粒尺寸介於80至100微米之間。
10‧‧‧方法
11~13‧‧‧步驟
第1圖：本發明一實施例之高爾夫鐵桿頭之組成合金的製造方法的流程示意圖。
第2A及2B圖：實施例1與比較例1的光學顯微鏡示意圖。
為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的方向用語，例如上、下、頂、底、前、後、左、右、內、外、側面、周圍、中央、水平、橫向、垂直、縱向、軸向、徑向、最上層或最下層等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。
本發明一實施例之高爾夫鐵桿頭之組成合金包含：21.11至21.16重量份的鉻、5.38至5.43重量份的鎳、0.13至0.17重量份的氮、大於零且小於或等於0.09重量份的碳、1.54至1.66重量份的鉬、1.57至1.64重量份的鈮以及67.85至70.27重量份的鐵。要提到的是，本發明實施例之高爾夫鐵桿頭之組成合金是使用高鉻成份下，加入特定成分範圍的鉬及鈮，進而在大致不影響高爾夫鐵桿頭之組成合金的機械性質(例如抗拉強度、降伏強度 及伸長量)的前提下，還可通過調角測試與砲擊測試。
在一實施例中，本發明實施例之高爾夫鐵桿頭之組成合金還可包含大於零且小於或等於0.05重量份的銅。在另一實施例中，本發明實施例之高爾夫鐵桿頭之組成合金還可包含0.6至0.98重量份的矽及0.87至0.97重量份的錳。在又一實施例中，該高爾夫鐵桿頭之組成合金的一平均晶粒尺寸係介於80至100微米之間，例如主要包含有沃斯田鐵相，以及次要包含有麻田散鐵相。在一範例中，該高爾夫鐵桿頭之組成合金的一平均晶粒尺寸係介於88至92微米之間。
以下說明各個成分的大致效果如下：鉻：可增加合金材料的腐蝕及氧化抗性，且可提升合金材料硬化能及高溫強度，尤其是對於高碳鋼之耐磨耗性更有顯著之效果。
鎳：可增加合金材料的腐蝕及氧化抗性，且穩定合金材料之面心立方結構(FCC)的沃斯田鐵相。
碳與氮：基本上為一般鋼鐵材料不可缺的元素，除為碳化物或氮化物外，亦是沃斯田鐵穩定相所需的元素，隨著碳氮含量增加，肥粒鐵減少而沃斯田鐵愈穩定，惟碳氮含量過高時，將不利合金材料的耐蝕性。
鉬：提升耐凹坑腐蝕性，可增加鋼的强度又不致降低鋼的可塑性和韌性，同時又能使鋼在高溫下具有足夠的強度，能改善鋼的冷脆性和耐磨性。值得一提的是，在本發明實施例中至少是透過加入特定成份範圍的鉬，以使高爾夫鐵桿頭之組成合金通過調角測試與砲擊測試。
鈮：可使鋼的晶粒細化，降低鋼的過熱敏感性及回火脆性，改善鋼的焊接性能，提高耐熱鋼的强度和抗蝕性。值得一提的是，在本發明實施例中至少是透過加入特定成份範圍的鈮，以使高爾夫鐵桿頭之組成合金通過調角測試與砲擊測試。
鐵：主要做為合金的基質。
矽：防止氣孔在合金材料內形成，增進收縮作用及增加鋼液流動性等特點。
錳：通常與鐵共存，由於錳易與硫結合，可消除硫對合金材造成熱脆性之有害影響，且錳能去除合金材料中的氧化物。此外，錳會使FCC結構之沃斯田鐵穩定，將有助於消除熱脆性及改善鑄造性。
銅：可適量添加以取代鎳，進而降低由於鎳成分所提高的延展性。
這邊要提到的是，本發明實施例之高爾夫鐵桿頭之組成合金至少是通過使用特定重量範圍的鉻(21.11至21.16重量份)、鎳(5.38至5.43重量份)、氮(0.13至0.17重量份)、碳(大於零且小於或等於0.09重量份)、鉬(1.54至1.66重量份)、鈮(1.57至1.64重量份)及鐵(67.85至70.27重量份)，以使所製得的高爾夫鐵桿頭之組成合金可在大致上不影響機械性質(例如抗拉強度、降伏強度及伸長量)的前提下，還可通過調角測試與砲擊測試。
請參照第1圖，本發明一實施例之高爾夫鐵桿頭之組成合金的製造方法10，包含步驟11至13：提供多個原料，該些原料包含21.11至21.16重量份的鉻、5.38至5.43重量份的鎳、0.13至0.17重量份的氮、大於零且小於或等於0.09重量份的碳、1.54至1.66重量份的鉬、1.57至1.64重量份的鈮以及67.85至70.27重量份的鐵(步驟11)；對該些原料進行一熔煉步驟以形成一液態合金，其中該熔煉步驟的一熔煉溫度係介於1650至1660℃之間(步驟12)；以及對該液態合金進行一澆鑄步驟以形成該高爾夫鐵桿頭之組成合金，其中該澆鑄步驟的一殼模溫度係介於1180至1220℃之間(步驟13)。
本發明一實施例之高爾夫鐵桿頭之組成合金的製造方法10首先係步驟11：提供多個原料，該些原料包含21.11至21.16重量份的鉻、5.38至5.43重量份的鎳、0.13至0.17重量份的氮、大於零且小於或等於0.09重量份的碳、1.54至1.66重量份的鉬、 1.57至1.64重量份的鈮以及67.85至70.27重量份的鐵。在本步驟11中，例如還可包含有大於零且小於或等於0.05重量份的銅。
本發明一實施例之高爾夫鐵桿頭之組成合金的製造方法10接著係步驟12：對該些原料進行一熔煉步驟以形成一液態合金，其中該熔煉步驟的一熔煉溫度係介於1650至1660℃之間。在本步驟12中，例如可使用市售的熔煉爐加熱該些原料，進而形成該液態合金。在一實施例中，在該熔煉步驟中可加入0.6至0.98重量份的矽及0.87至0.97重量份的錳，以減少該液態合金中的一殘留氣體。在另一實施例中，該熔煉步驟的一熔煉時間例介於30至90分鐘之間，以使該些原料形成均質的液態合金。
本發明一實施例之高爾夫鐵桿頭之組成合金的製造方法10最後係步驟13：對該液態合金進行一澆鑄步驟以形成該高爾夫鐵桿頭之組成合金，其中該澆鑄步驟的一殼模溫度係介於1180至1220℃之間。在本步驟13中，該殼模溫度主要是對應該熔煉溫度，以避免承接該液態合金的殼模無法承受過大的溫差而破裂。在一實施例中，該澆鑄步驟的一澆鑄時間越短越好，例如澆鑄至殼模的整體時間係介於10至30秒之間。在另一實施例中，進行該澆鑄步驟後所形成的該高爾夫鐵桿頭之組成合金可在大氣中進行冷卻步驟，直到該高爾夫鐵桿頭之組成合金的溫度接近室溫(例如25℃左右)。在一範例中，該冷卻步驟例如為16至32小時之間。
在一實施例中，在該熔煉步驟之後，更包含對該高爾夫鐵桿頭之組成合金進行一回火步驟，其中該回火步驟的一回火時間係介於50至70分之間以及一回火溫度係介於680至700℃之間及。該回火步驟可使高爾夫鐵桿頭之組成合金的晶相均質化，有助於使高爾夫鐵桿頭之組成合金整體的性質穩定化。
在一實施例中，該高爾夫鐵桿頭之組成合金的製造方法所製得的高爾夫鐵桿頭之組成合金的一平均晶粒尺寸係介於80至100微米之間，例如主要包含有沃斯田鐵相，以及次要包含 有麻田散鐵相。在一範例中，該高爾夫鐵桿頭之組成合金的一平均晶粒尺寸係介於88至92微米之間。
以下提出數個實施例與比較例，以具體說明本發明實施例之高爾夫鐵桿頭之組成合金或者本發明實施例之高爾夫鐵桿頭之組成合金的製造方法所製得的高爾夫鐵桿頭之組成合金確實可通過調角測試及砲擊測試。
各實施例與各比較例
首先，提供各實施例與各比較例的各種原料，詳細的組成範圍請參考下表一，其中bal.指的是重量百分比的平衡材料。之後，將各個原料以約1655℃的熔煉溫度進行一熔煉步驟直到形成一液態合金。最後，對該液態合金進行一澆鑄步驟以形成該高爾夫鐵桿頭之組成合金，其中該澆鑄步驟的殼模溫度係約1200℃。之後，對各實施例進行機械性質的分析，其結果下表二，其中另外針對實施例1與比較例1進行熱處理並對其進行機械性質分析。另一方面，請參照第2A及2B圖，其分別為實施例1與比較例1的光學顯微鏡示意圖，其中實施例1的一平均晶粒尺寸是在80至100微米之間(例如一晶粒的尺寸為92.5微米)，而比較例1的一平均晶粒尺寸是在140至160微米之間(例如一晶粒的尺寸為146.25微米)。
Figure 107129013-A0101-12-0007-1
Figure 107129013-A0101-12-0008-2
Figure 107129013-A0101-12-0008-3
由上可知，實施例1至3與比較例1至4的機械性質大致上皆屬於合格範圍內。但是，相較於進行回火步驟達1小時的比較例1，進行回火步驟達1小時的實施例1具有較高的抗拉強度與降伏強度，並且具有較低的伸長率，此有助於通過後續的調角測試及砲擊測試。
以下進性針對於進行回火步驟皆達1小時的實施例1與比較例1進行調角測試及砲擊測試，如下所述。
調角測試：
調角測試的目的在於測試高爾夫鐵桿頭之組成合金是否具有可調整性。這是因為針對於不同使用者的使用習慣，需 要調整高爾夫鐵桿頭的底角(LIE)以及傾角(LOFT)，此可幫助使用者產生較高的打擊效果(例如可將高爾夫球打的較遠)。在本調角測試中，實施例1在底角與傾角同步調整正2度或負2度的情況，以人眼判斷實施例1的外觀不具備裂痕也無皺褶，故判定實施例1通過調角測試。另外，也針對比較例1進行相同的調角測試，以人眼判斷比較例1的外觀，雖然比較例1不具備裂痕，但是其表面卻具有皺褶，故比較例1無法通過調角測試。
砲擊測試：
通過市售的砲擊測試機對實施例1與比較例1進行測試，其中砲擊測試是將實施例1與比較例1的高爾夫鐵桿頭之組成合金進行左側、中間及右側各1000發的高爾夫球撞擊測試，並且觀察高爾夫鐵桿頭的底角與傾角的變化。根據多次的測試結果，實施例1的底角變化大致為+0.1度至+0.2度之間，而傾角變化大致為0度，故實施例1通過砲擊測試。另外，也針對比較例1進行相同的砲擊測試，比較例1的底角變化大致為+0.5度，而傾角變化大致為-1度至-1.2度之間，故比較例1未通過砲擊測試。
由上可知，本發明實施例之高爾夫鐵桿頭之組成合金是使用高鉻成份下，加入特定成分範圍的鉬及鈮，進而在大致不影響高爾夫鐵桿頭之組成合金的機械性質(例如抗拉強度、降伏強度及伸長量)的前提下，還可通過調角測試與砲擊測試。
雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧方法
11~13‧‧‧步驟

Claims (10)

  1. 一種高爾夫鐵桿頭之組成合金，其包含：21.11至21.16重量份的鉻；5.38至5.43重量份的鎳；0.13至0.17重量份的氮；大於零且小於或等於0.09重量份的碳；1.54至1.66重量份的鉬；1.57至1.64重量份的鈮；以及67.85至70.27重量份的鐵。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之高爾夫鐵桿頭之組成合金，更包含大於零且小於或等於0.05重量份的銅。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之高爾夫鐵桿頭之組成合金，更包含0.6至0.98重量份的矽及0.87至0.97重量份的錳。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之高爾夫鐵桿頭之組成合金，其中該高爾夫鐵桿頭之組成合金的一平均晶粒尺寸係介於80至100微米之間。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之高爾夫鐵桿頭之組成合金，其中該高爾夫鐵桿頭之組成合金的該平均晶粒尺寸係介於88至92微米之間。
  6. 一種高爾夫鐵桿頭之組成合金的製造方法，包含步驟：提供多個原料，該些原料包含21.11至21.16重量份的鉻、5.38至5.43重量份的鎳、0.13至0.17重量份的氮、大於零且小於或等於0.09重量份的碳、1.54至1.66重量份的鉬、1.57至1.64重量份的鈮以及67.85至70.27重量份的鐵； 對該些原料進行一熔煉步驟以形成一液態合金，其中該熔煉步驟的一熔煉溫度係介於1650至1660℃之間；以及對該液態合金進行一澆鑄步驟以形成該高爾夫鐵桿頭之組成合金，其中該澆鑄步驟的一殼模溫度係介於1180至1220℃之間。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之高爾夫鐵桿頭之組成合金的製造方法，其中在該熔煉步驟之後，更包含對該高爾夫鐵桿頭之組成合金進行一回火步驟，其中該回火步驟的一回火溫度係介於680至700℃之間及一回火時間係介於50至70分之間。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之高爾夫鐵桿頭之組成合金的製造方法，在該熔煉步驟中更包含加入0.6至0.98重量份的矽及0.87至0.97重量份的錳，以減少該液態合金中的一殘留氣體。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之高爾夫鐵桿頭之組成合金的製造方法，其中該些材料更包含大於零且小於或等於0.05重量份的銅。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之高爾夫鐵桿頭之組成合金的製造方法，其中該高爾夫鐵桿頭之組成合金的一平均晶粒尺寸介於80至100微米之間。
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