TWI577812B - 鈦合金基材 - Google Patents

Description

鈦合金基材

本發明是有關於一種鈦合金基材之結構改良，旨在提供一種只需透過簡單的機械加工處理，即可輕易調整其材料特性的鈦合金基材。

一般運動器材(高爾夫球頭、打擊面)、殼狀結構(電子部品機殼、錶殼)、小型五金零件、汽機車零件等小型金屬配件，為能獲得預期的結構強度，以及符合加工成本及產能等條件需求會採用精密鑄造或者精密模鍛的工藝方式生產。

例如，可透過精密鑄造或精密模鍛方式，將金屬材料預製成一具預定形狀之粗胚，由該粗胚做為加工預定規格成品之基材，或者將粗胚進一步施以至少一道表面加工程序成為預定規格的基材，以供進一步加工成為各式成品(合金製品)。

在現有的金屬材料中，鈦合金因為集合了多種貴金屬及基底金屬的優點(如強度高、抗腐蝕、質量輕、生物相容性佳、熱傳導性低、延展性佳、對人體無害等良好的機械性質)，尤適合透過精密模鍛的工藝方式加工成為高爾夫球頭、打擊面、電子部品機殼、錶殼、小型五金零件、汽機車零件，甚至人工植體等鈦合金製品。

再者，隨著鈦合金製品之功能、用途不同，鈦合金基材在鈦合金製品之加工製造應用端，多會進一步利用沖壓、切削、研磨甚至表面處理等加工製程確定鈦合金製品之外型、尺寸； 相對的，鈦合金基材除了具備與其最終之鈦合金製品所需的結構強度之外，最好能夠同時具備方便加工之優點；因此，如何提供一種可方便加工應用端透過簡單的機械加工處理，即可依照自行之需求輕易調整其材料特性的鈦合金基材，長久以來一直是產業界及學術界所亟欲解決之課題。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是在提供一種可透過簡單的機械加工處理，輕易調整其材料特性之鈦合金基材。

根據本發明之目的，提出一種鈦合金基材，係由合金化的鈦經至少一道鑄鍛加工塑性成型；其特徵在於：此鈦合金基材係具有至少一呈長軸晶組織結構型態排列的第一結構層，以及至少一相對位於至少一第一結構層相鄰的一側且呈等軸晶組織結構型態分布的第二結構層。

根據本發明之目的，又提出一種鈦合金基材，係由合金化的鈦經至少一道鑄鍛加工塑性成型；其特徵在於：此鈦合金基材係具有至少一呈長軸晶組織結構型態排列的第一結構層，以及至少一相對位於至少一第一結構層相鄰的一側且呈等軸晶組織結構型態分布的第二結構層，其中，第一結構層係與基材表面形成有30度~90度之夾角。

根據本發明之目的，再提出一種鈦合金基材，係由合金化的鈦經至少一道鑄鍛加工塑性成型；其特徵在於：此鈦合金基材係具有至少一呈長軸晶組織結構型態排列且體積係佔所有鈦合金基材10%以上的第一結構層，以及至少一呈等軸晶組織結構型態分布且體積係佔所有鈦合金基材10%以上的第二結構層。

利用上述結構特徵，本發明之鈦合金基材，可依照 供貨或加工需求以預先設定厚度之板、塊型態呈現，或是以預先設定形狀的胚體形態呈現；於使用時，整體鈦合金基材可視其所應用之鈦合金製品實際需求，選擇保留所有的第一結構層，或透過簡單的研磨或切削加工處理或澆口設計，於鈦合金製品特定需求部位，將部分或全數第一結構層去除，達到輕易調整其材料特性之目的。

依據上述結構特徵，鈦合金基材之厚度可小於3mm，第一結構層體積可佔所有鈦合金基材40%以上。

依據上述結構特徵，第一結構層體積可佔所有鈦合金基材之80%，第二結構層體積可佔所有鈦合金基材之20%。

依據上述結構特徵，鈦合金基材之厚度可介於3mm~8mm之間，第一結構層體積可佔所有鈦合金基材20%以上。

依據上述結構特徵，第一結構層體積可佔所有鈦合金基材之40%，第二結構層體積可佔所有鈦合金基材之60%。

依據上述結構特徵，鈦合金基材之厚度可大於8mm，第二結構層體積可佔所有鈦合金基材50%以上。

依據上述結構特徵，第一結構層體積可佔所有鈦合金基材之10%，第二結構層體積可佔所有鈦合金基材之90%。

依據上述結構特徵，第二結構層可設於相鄰第一結構層一側外表層。

依據上述結構特徵，第二結構層可設於相鄰第一結構層局部外表層。

依據上述結構特徵，第二結構層可設於第一結構層內部之相鄰側。

承上所述，本發明之鈦合金基材具備可讓應用端輕易調整其材料特性之優點，因此可藉以降低應用端之加工難度及 加工成本；尤其，本發明之鈦合金基材在製造時，更可依照不同鈦合金製品之加工需求，預先製成不同厚度級距的鈦合金基材，以及不同厚度級距所對應的第二結構層比例，以方便應用端直接挑選適當厚度級距的鈦合金基材使用，以相對更為積極、可靠之手段，降低鈦合金製品之加工成本，同時亦能夠確保鈦合金製品應有的加工品質。

10‧‧‧鈦合金基材

11‧‧‧第一結構層

111‧‧‧長軸晶

12‧‧‧第二結構層

121‧‧‧等軸晶

第1圖 為本發明之鈦合金基材之結構示意圖。

第2圖 為本發明之鈦合金基材之結構剖視圖。

第3圖 為本發明之鈦合金基材各種結構態樣所適應各類產品之示意圖。

第4圖 為本發明之鈦合金基材加工成為高爾夫球桿擊球面形式之鈦合金製品之第一局部剖視圖。

第5圖 為本發明之鈦合金基材加工成為高爾夫球桿擊球面形式之鈦合金製品之第二局部剖視圖。

第6圖 為本發明之鈦合金基材加工成為錶殼形式之鈦合金製品局部剖視圖。

第7圖 為本發明之鈦合金基材加工成為手機殼形式之鈦合金製品局部剖視圖。

為利 貴審查員瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。

請參閱第1圖及第2圖，其分別係為本發明之鈦合金基材之結構示意圖及結構剖視圖。如第1圖所示，此鈦合金基材10係由合金化的鈦經至少一道鑄鍛加工塑性成型，其可透過簡單的機械加工處理，輕易調整其材料特性。鈦合金基材10係具有至少一呈長軸晶111組織結構型態排列的第一結構層11，以及至少一相對位於至少一第一結構層11相鄰的一側且呈等軸晶121組織結構型態分布的第二結構層12。更進一步地，此鈦合金基材10可加工成型使得第一結構層11與基材表面形成有夾角，如第2圖所示，其中，該夾角較佳可為30度~90度，但不以此為限。另外，在結構配置上，第一結構層11之體積較佳可佔所有鈦合金基材10之10%以上，第二結構層12之體積較佳亦為佔所有鈦合金基材10之20%以上。

於實施時，可先提供一金屬模具組裝至一鑄造室內，再將合金化的鈦物料置放於一熔煉室，且在真空狀態下對熔煉室內的合金化的鈦物料進行加熱，待熔煉室內之金屬物料形成熔融狀時，且對鑄造室進行抽真空後，將熔融狀之合金化的鈦物料充填至金屬模具，再啟動一頂壓系統帶動金屬模具對熔融狀之合金化的鈦物料施壓，即可經由上述鑄鍛加工，將合金化的鈦塑性成型，待冷卻後即完成如第1圖所示之鈦合金基材。

原則上，本發明之鈦合金基材，可依照供貨或加工需求以預先設定厚度之板、塊型態呈現，或是以預先設定形狀的胚體形態呈現；於使用時，整體鈦合金基材可視其所應用之鈦合金製品實際需求，選擇保留所有的第一結構層，或透過簡單的研磨或切削加工處理或澆口設計，於鈦合金製品特定需求部位，將部分或全數第一結構層去除，達到輕易調整其材料特性之目的。

例如，所欲加工完成的鈦合金製品需要較高的機械 結構強度時，其可選擇將鈦合金基材之所有第二結構層保留，再以機械切削加工方式，將鈦合金基材加工成預先設定尺寸的鈦合金製品，如第4及5圖所示之高爾夫球桿擊球面，或如第6圖所示之錶殼，又或者是如第7圖所示之手機殼。

再者，亦可在所欲加工完成的鈦合金製品，不需要特別注重鈦合金之機械結構強度，而是注重鈦合金其他材料優點之情況下，可透過簡單的研磨或切削加工處理，將部分或全數第二結構層去除，讓鈦合金基材更適合以較低動能的沖壓、板金加工設備加工製成預先設定尺寸的鈦合金製品。

值得一提的是，本發明之鈦合金基材在製造時，更可依照不同鈦合金製品之加工需求，預先製成不同厚度級距、第二結構層設置位置、以及不同厚度級距所對應的第二結構層比例之鈦合金基材，以方便應用端直接挑選適當的鈦合金基材來進行使用。舉例來說，如第3圖所示，當鈦合金基材欲應用於手機機殼、錶殼等需具有承受高壓縮應力、抗變形特性之產品時，鈦合金基材之結構態樣可為：厚度小於3mm，第一結構層體積佔所有鈦合金基材40%以上，較佳比例為第一結構層體積佔所有鈦合金基材之80%，第二結構層體積佔所有鈦合金基材之20%；又或是鈦合金基材之結構態樣可為：厚度介於3mm~8mm之間，第一結構層體積佔所有鈦合金基材20%以上，較佳比例為第一結構層體積佔所有鈦合金基材之40%，第二結構層體積佔所有鈦合金基材之60%。鈦合金基材之結構態樣可為：厚度大於8mm，第二結構層體積佔所有鈦合金基材50%以上，較佳比例為第一結構層體積佔所有鈦合金基材之10%，第二結構層體積佔所有鈦合金基材之90%。另外，在第二結構層之結構配置上，第二結構層可設於相鄰第一結構層一側外表層、相鄰第一結構層局部外表層、或是第一 結構層內部之相鄰側，但不以此為限。

與習知結構相較，本發明所揭露之鈦合金基材，具備可讓應用端輕易調整其材料特性之優點，因此可藉以降低應用端之加工難度及加工成本；尤其，本發明之鈦合金基材在製造時，更可依照不同鈦合金製品之加工需求，預先製成不同厚度級距的鈦合金基材，以及不同厚度級距所對應的第二結構層比例，以方便應用端直接挑選適當厚度級距的鈦合金基材使用，以相對更為積極、可靠之手段，降低鈦合金製品之加工成本，同時亦能夠確保鈦合金製品應有的加工品質。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

10‧‧‧鈦合金基材

11‧‧‧第一結構層

111‧‧‧長軸晶

12‧‧‧第二結構層

121‧‧‧等軸晶

Claims (28)

1. 一種鈦合金基材，係由合金化的鈦經至少一道鑄鍛加工塑性成型；其特徵在於：該鈦合金基材係具有至少一呈長軸晶組織結構型態排列的第一結構層，以及至少一相對位於該至少一第一結構層相鄰的一側且呈等軸晶組織結構型態分布的第二結構層。
2. 如請求項1所述之鈦合金基材，其中該鈦合金基材之厚度係小於3mm，該第一結構層體積係佔所有鈦合金基材40%以上。
3. 如請求項2所述之鈦合金基材，其中該第一結構層體積係佔所有鈦合金基材之80%，該第二結構層體積係佔所有鈦合金基材之20%。
4. 如請求項1所述之鈦合金基材，其中該鈦合金基材之厚度係介於3mm~8mm之間，該第一結構層體積係佔所有鈦合金基材20%以上。
5. 如請求項4所述之鈦合金基材，其中該第一結構層體積係佔所有鈦合金基材之40%，該第二結構層體積係佔所有鈦合金基材之60%。
6. 如請求項1所述之鈦合金基材，其中該鈦合金基材之厚度係大於8mm，該第二結構層體積係佔所有鈦合金基材50%以上。
7. 如請求項6所述之鈦合金基材，其中該第一結構層體積係佔所有鈦合金基材之10%，該第二結構層體積係佔所有鈦合金基材之90%。
8. 如請求項1所述之鈦合金基材，其中該第二結構層係設於相鄰該第一結構層一側外表層。
9. 如請求項1所述之鈦合金基材，其中該第二結構層係設於相鄰該第一結構層局部外表層。
10. 如請求項1所述之鈦合金基材，其中該第二結構層係設於該第一結構層內部之相鄰側。
11. 一種鈦合金基材，係由合金化的鈦經至少一道鑄鍛加工塑性成型；其特徵在於：該鈦合金基材係具有至少一呈長軸晶組織結構型態排列的第一結構層，以及至少一相對位於該至少一第一結構層相鄰的一側且呈等軸晶組織結構型態分布的第二結構層，其中，該第一結構層係與基材表面形成有30度~90度之夾角。
12. 如請求項11所述之鈦合金基材，其中該第一結構層係與基材表面形成有80度~90度之夾角。
13. 如請求項11或12所述之鈦合金基材，其中該鈦合金基材之厚度係小於3mm，該第一結構層體積係佔所有鈦合金基材40%以上。
14. 如請求項13所述之鈦合金基材，其中該第一結構層體積係佔所有鈦合金基材之80%，該第二結構層體積係佔所有鈦合金基材之20%。
15. 如請求項11或12所述之鈦合金基材，其中該鈦合金基材之厚度係介於3mm~8mm之間，該第一結構層體積係佔所有鈦合金基材20%以上。
16. 如請求項15所述之鈦合金基材，其中該第一結構層體積係佔所有鈦合金基材之40%，該第二結構層體積係佔所有鈦合金基材之60%。
17. 如請求項11或12所述之鈦合金基材，其中該鈦合金基材之厚度係大於8mm，該第二結構層體積係佔所有鈦合金基材50%以上。
18. 如請求項17所述之鈦合金基材，其中該第一結構層體積係佔所有鈦合金基材之10%，該第二結構層體積係佔所有鈦合金基材之90%。
19. 一種鈦合金基材，係由合金化的鈦經至少一道鑄鍛加工塑性成型；其特徵在於：該鈦合金基材係具有至少一呈長軸晶組織結構型態排列且體積係佔所有鈦合金基材10%以上的第一結構層，以及至少一呈等軸晶 組織結構型態分布且體積係佔所有鈦合金基材20%以上的第二結構層。
20. 如請求項19所述之鈦合金基材，其中該鈦合金基材之厚度係小於3mm，該第一結構層體積係佔所有鈦合金基材40%以上。
21. 如請求項20所述之鈦合金基材，其中該第一結構層體積係佔所有鈦合金基材之80%，該第二結構層體積係佔所有鈦合金基材之20%。
22. 如請求項19所述之鈦合金基材，其中該鈦合金基材之厚度係介於3mm~8mm之間，該第一結構層體積係佔所有鈦合金基材20%以上。
23. 如請求項22所述之鈦合金基材，其中該第一結構層體積係佔所有鈦合金基材之40%，該第二結構層體積係佔所有鈦合金基材之60%。
24. 如請求項19所述之鈦合金基材，其中該鈦合金基材之厚度係大於8mm，該第二結構層體積係佔所有鈦合金基材50%以上。
25. 如請求項24所述之鈦合金基材，其中該第一結構層體積係佔所有鈦合金基材之10%，該第二結構層體積係佔所有鈦合金基材之90%。
26. 如請求項19所述之鈦合金基材，其中該第二結構層係設於相鄰該第一結構層一側外表層。
27. 如請求項19所述之鈦合金基材，其中該第二結構層係設於相鄰該第一結構層局部外表層。
28. 如請求項19所述之鈦合金基材，其中該第二結構層係設於該第一結構層內部之相鄰側。