TWI516318B - Rolling plate of titanium alloy head and its manufacturing method - Google Patents

Description

高爾夫桿頭之鈦合金滾軋板及其製造方法

本發明是關於一種高爾夫桿頭之鈦合金滾軋板及其製造方法，特別關於一種具有高抗拉強度及高降伏強度的高爾夫桿頭之鈦合金滾軋板及其製造方法。

鈦合金板材因具有高強度、耐腐蝕性、高耐熱性等特點而被廣泛用於國防、民生、運動產業等領域，其中又以6鋁4釩鈦合金(Ti-6Al-4V合金)最具代表性。6鋁4釩鈦合金是目前使用鈦合金的總量一半以上的材料，雖然具有良好物理性能，但是6鋁4釩鈦合金含有貴金屬釩(V)，因此較為昂貴。

而且6鋁4釩鈦合金為差排型麻田散鐵組織，不利彎鍛，如果需要將6鋁4釩鈦合金進行較大的彎鍛，容易發生破裂的情況。

另一先前技術例如中國200810226729.5號專利揭露一種鈦合金滾軋板，其鋁含量介於4.5~8之間。根據實施例1，其鋁含量為6.0%，得到抗拉強度為1000Mpa；據實施例3，其鋁含量為6.0%，得到抗拉強度為1015Mpa，雖然前述先前技術得以提高鋁之含量等於或大於6%，以提升鈦合金材料之強度，然而，鋁含量提升後亦同時產生脆性，在滾軋過程容易造成材料碎裂，降低其得料率。

因此，便有需要提供一種具有不同鈦合金結構的鈦合金滾軋板，能夠解決前述的問題。

本發明的目的在於提供一種具有高抗拉強度及 高降伏強度的高爾夫桿頭之鈦合金滾軋板及其製造方法。

本發明提供一種高爾夫桿頭之鈦合金滾軋板，以其總重為100wt%計算，該鈦合金滾軋板主要由以下成份：5.11~5.47wt%的鋁、0.75~1.1wt%的錫、0.72~1.28wt%的鉻、0.74~1.0wt%的鐵、0.1wt%以下的碳、0.2wt%以下的氧、0.02wt%以下的氫、0.05wt%以下的氮，以及平衡量的鈦所組成，以及不可避免之雜質，其中該鈦合金滾軋板具有雙晶型過飽和的麻田散鐵組織，該鈦合金滾軋板厚度介於3.5~5.0mm之間。

本發明提供一種高爾夫桿頭之鈦合金滾軋板的製造方法，包括下列步驟：提供鋁鉻合金、鋁鐵合金、白錫及鈦元素；對鋁鉻合金、鋁鐵合金、白錫及鈦元素進行三次的真空鎔鑄，以形成一鑄錠；對該鑄錠進行鍛造製程而形成一鍛胚；以及對該鍛胚依序進行多次熱軋製程、多次溫軋製程及多次冷軋製程，而形成該鈦合金滾軋板；其中該鈦合金滾軋板具有雙晶型過飽和的麻田散鐵組織，且以其總重為100wt%計算，該鈦合金滾軋板包含：5.11~5.47wt%的鋁、0.75~1.1wt%的錫、0.72~1.28wt%的鉻、0.74~1.0wt%的鐵，以及平衡量的鈦及不可避免之雜質。

本發明的高爾夫桿頭之鈦合金滾軋板具有雙晶型過飽和的麻田散鐵組織，具有高耐腐蝕性、高抗拉及降伏強度、及高韌性等特性，可用於國防、生醫、化學、民生、運動等不同的產業。

為了讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯，下文將配合所附圖示，作詳細說明如下。

S100~S106‧‧‧步驟

圖1為本發明之一實施例之鈦合金滾軋板的製造方法流程圖。

圖2a為鈦合金滾軋板放大100倍時的晶相圖。

圖2b為鈦合金滾軋板利用穿透式電子顯微鏡放大1000倍的明視野圖。

根據本發明之一實施例的高爾夫桿頭之鈦合金滾軋板，透過鈦合金滾軋板的製造方法，可使該鈦合金滾軋板具有雙晶型過飽和的麻田散鐵組織，以其總重為100wt%計算，該鈦合金滾軋板主要由以下成份：5.11~5.47wt%的鋁、0.75~1.1wt%的錫、0.72~1.28wt%的鉻、0.74~1.0wt%的鐵，以及平衡量(balance)的鈦所組成，以及不可避免之雜質，滾軋板厚度介於3.5~5.0mm之間。雙晶型的金屬或合金具有在變形時，所有平行於雙晶面的原子平面都朝著同一個方向移動的特性。雙晶型的金屬或合金的移動，又稱為塑性變形或是永久變形，是利用原子相對稱的排列移動產生變形。麻田散鐵組織是指純金屬或合金從某一固相轉變成另一固相時的產物；在轉變過程中，原子不擴散，化學成分不改變，但晶格發生變化，同時新舊相之間維持一定的位向關係並且具有切變共格的特徵。

不可避免之雜質可為0.5wt%以下的鉬元素及0.5wt%以下的鋯元素。

圖1為本發明之一實施例之鈦合金滾軋板的製造方法流程圖。鈦合金滾軋板的製造方法，包括下列步驟：

步驟S100：提供鋁鉻合金、鋁鐵合金、白錫及含鈦元素之化合物。在本實施例中，該含鈦元素之化合物為海綿鈦。其中，為安定β相，添加適量之鐵及鉻，添加適量之錫以增加固溶強化效果，微量之鉬元素亦得以具有安定β相之效果。

本發明之材料成份配比實測如下，單位為重量百分比(wt%)：

步驟S102：對鋁鉻合金、鋁鐵合金、白錫及含鈦元素之化合物進行三次的真空鎔鑄，以形成一鑄錠。真空鎔鑄是將預鎔鑄的金屬組成電極，並在真空下，依靠電弧的熱能把金屬熔化，在坩堝內重熔並製成成錠。電極熔化過程中，金屬液經過電弧區被加熱到高溫，在真空條件下，金屬中的氣體和雜質得到進一步的去除，使金屬的品質可以提高。在本實施例中，進行三次真空鎔鑄時，真空度低於0.3Pa，且碳元素、氧元素、氫元素及氮元素的總重量百分比不超過0.4wt%，較佳地，0.1wt%以下的碳、0.2wt%以下的氧、0.02wt%以下的氫、0.05wt%以下的氮。第一次的真空鎔鑄可讓鑄錠緻密化，第二次的真空鎔鑄可讓鑄錠的成分均勻化，第三次的真空鎔鑄可消除鑄錠的缺陷。

步驟S104：對鑄錠進行鍛造製程而形成一鍛胚。在本實施例中，該鑄錠先在攝氏1050~1150度之間的溫度下利用錘擊或壓床加壓的方式進行鍛造，以改變鑄錠的物理性質及形狀，然後將溫度下降到攝氏950~1050度之間的溫度，以形成鍛胚。

步驟S106：對鍛胚依序進行多次熱軋製程、多次溫軋製程及多次冷軋製程，而形成鈦合金滾軋板。熱軋製程是指金屬或合金在結晶溫度以上進行軋製。溫軋製程是指金屬或合金在回復溫度以上，結晶溫度以下的溫度範圍內進行的軋製。冷軋製程是指金屬或合金的溫度低於回復溫度進行的軋製。

在本實施例中，先在該鍛胚進行熱軋製程時，在攝氏1030度的溫度下進行兩次熱軋。然後在進行溫軋製程時，該鍛胚在攝氏850度的溫度下進行三次溫軋。最後在攝氏500度進行冷軋製程時，對該鍛胚進行四次冷軋，而形成該鈦合金滾軋板。該鈦合金滾軋板在完成冷軋後須去除滾軋造成之缺陷及邊料，本發明適度控制降低鋁的含量在5.5wt%以下，避免大於6wt%的鋁含量產生脆性，使其能夠保持一定之材料強度下，並且同時具有較佳之得料率。

經由上述的製程加工，所得到的鈦合金滾軋板在顯微結構下為雙晶型過飽和的麻田散鐵組織，其抗拉強度可介在145~158KSI之間以及降伏強度可介在138~150KSI之間。如圖2a所示，為鈦合金滾軋板在放大100倍時的晶相圖。如圖2b所示，為鈦合金滾軋板利用穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscopy,TEM)放大1000倍的明視野圖，可清楚觀察到鈦合金滾軋板具有雙相組織。

舉例而言，依據上述方法所製成的鈦合金滾軋板，其各金屬的重量百分比如實測2所示的各金屬重量百分比，其比重為4.45。在室溫下，對不同厚度的鈦合金滾軋板進行測試，其特性如下表： 厚度為3.5公釐： 厚度為4公釐： 厚度為5公釐：

由上述的鈦合金滾軋板的測試結果可知，本發明 的鈦合金滾軋板的抗拉強度確實可介在145KSI(1000Mpa)~158KSI(1090Mpa)之間，降伏強度可介在138KSI(945Mpa)~150KSI(1034Mpa)之間。

下表顯示在厚度為4公釐時，在軋製後未經任何固溶、時效熱處理的條件下，本發明的鈦合金滾軋板與先前技術的6鋁4釩鈦合金的差異。本發明的鈦合金滾軋板是將L向與T向的抗拉強度及降伏強度分別做平均所得到的數據。

由上述的比較可知，本發明的高爾夫桿頭之鈦合金滾軋板在抗拉強度、降伏強度及延伸率都優於6鋁4釩鈦合金，因此只要使用本發明的高爾夫桿頭之鈦合金滾軋板所製作之產品，其機械性質均優於6鋁4釩鈦合金之表現。

本發明的高爾夫桿頭之鈦合金滾軋板為雙晶型過飽和的麻田散鐵組織，具有高耐腐蝕性、高抗拉及降伏強度、及高韌性等特性，可用於國防、生醫、化學、民生、運動等不同的產業。

綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

S100~S106‧‧‧步驟

Claims (12)

1. 一種高爾夫桿頭之鈦合金滾軋板，以其總重為100wt%計算，該鈦合金滾軋板主要由以下成份：5.11~5.47wt%的鋁、0.75~1.1wt%的錫、0.72~1.28wt%的鉻、0.74~1.0wt%的鐵、0.1wt%以下的碳、0.2wt%以下的氧、0.02wt%以下的氫、0.05wt%以下的氮，以及平衡量的鈦所組成，以及不可避免之雜質，其中該鈦合金滾軋板具有雙晶型過飽和的麻田散鐵組織，該鈦合金滾軋板厚度介於3.5~5.0mm之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之高爾夫桿頭之鈦合金滾軋板，其中該不可避免之雜質為0.5wt%以下的鉬及0.5wt%以下的鋯。
3. 如申請專利範圍第1項所述之高爾夫桿頭之鈦合金滾軋板，其中該鈦合金滾軋板的抗拉強度介在145~158KSI之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之高爾夫桿頭之鈦合金滾軋板，其中該鈦合金滾軋板的降伏強度介在138~150KSI之間。
5. 一種鈦合金滾軋板的製造方法，包括下列步驟：提供鋁鉻合金、鋁鐵合金、白錫及含鈦元素之化合物；對鋁鉻合金、鋁鐵合金、白錫及含鈦元素之化合物進行三次的真空鎔鑄，以形成一鑄錠；對該鑄錠進行鍛造製程而形成一鍛胚；以及對該鍛胚依序進行多次熱軋製程、多次溫軋製程及多次冷軋製程，而形成該鈦合金滾軋板；其中該鈦合金滾軋板具有雙晶型過飽和的麻田散鐵組織，且以其總重為100wt%計算，該鈦合金滾軋板包含：5.11~5.47wt%的鋁、0.75~1.1wt%的錫、0.72~1.28wt%的鉻、0.74~1.0wt%的鐵，以及平衡量的鈦及不可避免之雜質。
6. 如申請專利範圍第5項所述之鈦合金滾軋板的製造方法，其中在進行真空鎔鑄時，熔煉真空度低於0.3Pa。
7. 如申請專利範圍第5項所述之鈦合金滾軋板的製造方法，其中該鈦合金滾軋板的抗拉強度介在145~158KSI之間。
8. 如申請專利範圍第5項所述之鈦合金滾軋板的製造方法，其中該鈦合金滾軋板的降伏強度介在138~150KSI之間。
9. 如申請專利範圍第5項所述之鈦合金滾軋板的製造方法，其中在進行鍛造製程時，該鑄錠先在攝氏1050~1150度之間的溫度下進行鍛造，然後將溫度下降到攝氏950~1050度之間的溫度，以形成該鍛胚。
10. 如申請專利範圍第5項所述之鈦合金滾軋板的製造方法，其中在進行熱軋製程時，在攝氏1030度的溫度下對該鍛胚進行兩次熱軋。
11. 如申請專利範圍第5項所述之鈦合金滾軋板的製造方法，其中在進行溫軋製程時，在攝氏850度的溫度下對該鍛胚進行三次溫軋。
12. 如申請專利範圍第5項所述之鈦合金滾軋板的製造方法，其中在進行冷軋製程時，在攝氏500度的溫度下對該鍛胚進行四次冷軋。