專利名稱：木紋式合金材料及以該合金材料制成的高爾夫球桿頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種合金材料及使用該合金材料制成的高爾夫球桿頭，尤指一種其令表面呈現(xiàn)木紋狀紋路特征的合金材料及高爾夫球桿頭設(shè)計。
背景技術(shù)：
目前高爾夫球桿頭的設(shè)計趨勢，為達(dá)到成功的擊球及良好的擊球點，其主要的設(shè)計方向概包括以下數(shù)個重點1、利用球桿頭大型化，用以增大球桿頭的擊球甜蜜區(qū)，以提高成功的擊球機率，及增加擊球距離。
2、利用降低重心，以穩(wěn)定的揮擊與擊球點，并增加扭轉(zhuǎn)慣性、提高擊球距離、和/或增加擊球飛行表度，降低重心等。
3、改變設(shè)計球桿頭形狀，以降低空氣阻力及凹背式強化打擊面，用以達(dá)到穩(wěn)定的揮擊與擊球點并降低扭轉(zhuǎn)能量損失。
4、利用高強度板材制造球桿頭，以形成較高反彈系數(shù)(COR)，用以增加擊球距離，方便或增加擊球員選手球具的運用，進(jìn)而提升擊球成績。
5、提升如鐵桿、...等球桿頭的擊球高回旋速度(Back spin)，用以減緩擊球后高爾夫球落地往前滾動的慣性，減少距離的誤差，以期將球準(zhǔn)確地?fù)糁聊繕?biāo)點。
前述高爾夫球桿頭設(shè)計重點中，球桿頭大型化、低重心、低空氣阻力及凹背式強化打擊面、高反彈系數(shù)(COR)等設(shè)計，基本上可透過材料選用，球桿頭造形設(shè)計來達(dá)成；而高回旋速度的設(shè)計，傳統(tǒng)上亦透過球桿頭造形設(shè)計完成，如球桿頭打擊面的線溝設(shè)計，透過線溝寬度、距離、深度，以增加擊球回旋速度；近來，亦有增加擊球面的粗造度，以尋求更多的回旋速度等。
就高爾夫球鐵桿頭、...等球桿頭的生產(chǎn)而言，目前主要制造方式為精密脫蠟鑄造法與鍛造加工法兩種；另外，也有少部份利用表面鍍層(如鍍鎳、鈷、鉆石)或鑲板加工。整體而言，精密脫蠟鑄造法的成本最便宜，但鍛造加工法具有較多方面的優(yōu)點。在工業(yè)上，現(xiàn)行最常使用于制作鐵桿頭、...等球桿頭合金材料，該合金材料主要是取用鐵基材料密度約7.8～8.0g/cm3、鈦基材料密度約4.5～4.8g/cm3或鋁基材料密度約2.7～2.9g/cm3等?；旧?，高爾夫球桿頭的材質(zhì)主要使用均一材質(zhì)的棒料，加以精密鑄造；或以鍛造加工，包括粗模鍛和精模鍛加工，以形成高爾夫球桿頭毛胚零組件；或使用均一材質(zhì)的板材，施以落料加工手段形成高爾夫球桿頭打擊面毛胚零組件，再施以組合加工。因此，該球桿頭設(shè)計受到材料強度、密度等特性的限制。而在高爾夫球桿頭一定重量限制下，近來，目前球桿頭造形設(shè)計，大部分皆以不同比重的材料(或使用高密度的配重塊設(shè)計)，以組合設(shè)計期望的功能。
因此，如何制造開發(fā)與傳統(tǒng)鐵基(密度＝7.8～8.0g/cm3)、鈦基(密度＝4.5～4.8g/cm3)與鋁基(密度＝2.7～2.9g/cm3)不同密度的材料，或高強度且高韌性的材料，或具軟硬不同層次的材料，且不易生銹的材料，乃為高爾夫球桿頭材質(zhì)的前瞻性需求。
按，高爾夫球桿頭材料不同密度的設(shè)計，目前多采用合金設(shè)計來達(dá)成，如選用鋯基合金，密度約6.0g/cm3；或如U.S.Patent 6617050「Lowdensity and high ductility alloy steel for a golf club head」、我國專利公告第506845號「低密度鐵基的高爾球桿頭材料」及公告第460591號「低密度高延展性鐵基的高爾夫球桿頭合金材料」等專利案，概是利用鋁、鈦元素的添加，以及沃斯田鐵結(jié)構(gòu)顯微結(jié)構(gòu)的控制，使鐵基材料密度由7.8～8.0g/cm3下降至6.3～6.9g/cm3。至于多層次或軟硬漸層材料則一般是以鍛造加工完成，如U.S.Patent 5185044「Method of making Damascusblades」專利案，其主要是在有氧的環(huán)境下，將1.0～2.0％重量百分率碳成分的碳鋼進(jìn)行脫碳動作，使該材料形成可塑性層后，再經(jīng)多次循環(huán)鍛造加工(可高達(dá)80～100次)形成多層構(gòu)造的材料。此合金材料利用高溫循環(huán)鍛造加工，主要可得到晶粒細(xì)化及網(wǎng)狀碳化物被打斷且均勻散布于材料內(nèi)，而得到良好強度與韌性的組合。再者，Welding & Cutting，91年11月12卷6期的“304不銹鋼鍛造接合研究”中揭示，利用相同材質(zhì)經(jīng)點焊后高溫加工(表面會形成氧化層)，再利用高達(dá)73％加工量，打斷高溫形成的氧化物而形成接合作用。
惟整體而言，目前既有應(yīng)用于高爾夫球桿頭合金材料制造技術(shù)主要是利用均一材料(相同材料)，在有氧環(huán)境下，進(jìn)行高溫鍛造接合制程。惟，合金材料表面或多或少皆存在有氧化物，將不利于合金機械性質(zhì)或接合特性；此外，亦需更高的加工率，以減少氧化物的影響。故此，如何提供或制造多層次材料，或異素材鍛造接合以形成不同密度組合，或形成軟硬不同分布的素材，且不易生銹，以達(dá)較佳的回旋速度擊球效應(yīng)的高爾夫球鐵桿頭；同時，增加多層次材料機械性質(zhì)或接合特性，以減少氧化物的影響，乃為高爾夫球桿頭材質(zhì)的前瞻性需求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種木紋式合金材料及以該合金材料制成的木紋式高爾夫球桿頭，希藉此設(shè)計，使其可提供一種具有木紋特征的合金材料，并可被成形加工成高爾夫球桿頭時，可以獲致極佳表面紋路的特征；同時，亦可獲致極佳的軟硬層次的組合構(gòu)造，使該合金屬材料制成高爾夫球桿頭，可獲得較佳的打擊效應(yīng)，進(jìn)而使該合金材料可達(dá)到造型設(shè)計多元化、機械性質(zhì)可變性的高爾夫球桿頭設(shè)計要求。
為達(dá)成前揭目的，本發(fā)明所提出的技術(shù)方案主要是以制程處理的理念，利用不銹鋼(3XX系列、4XX系列、6XX系列)、和/或銅合金(純銅、黃銅、青銅)等材料，于無氧或惰性氣氛環(huán)境下堆棧組焊成塊材，或置入立方容器內(nèi)，在惰性氣體保護下組焊外框(內(nèi)部板材尚可局部移動)，且經(jīng)850～1150℃(依材料而定)的高溫以及30～85％加工量范圍的塑性加工，使其不同合金材料組合成一體，藉以提供一種木紋式合金材料，使其紋路寬度介于0.2～6.0mm之間，且具有抗蝕性的素材；另以該合金材料經(jīng)成形加工制成高爾球桿頭，使其表面可以形成寬度介于0.1～12.0mm之間不規(guī)則紋路特征。藉此，突破過去專家學(xué)者所研究設(shè)計的技術(shù)范疇，并且更符合用以制作高爾夫球鐵桿頭或空心鐵桿頭的個人化、藝術(shù)化的高爾夫球桿頭設(shè)計；同時，亦可獲致極佳的軟硬層次的組合，有別于傳統(tǒng)的鐵基合金密度(密度為7.8～8.0g/cm3)的組合，且其合金密度介于8.0～8.8g/cm3之間，使該高爾夫球桿頭的打擊效應(yīng)提升，如擊球旋轉(zhuǎn)速度、及球操控性等，進(jìn)而使得該合金材料可達(dá)到造型設(shè)計多元化、機械性質(zhì)可變性的高爾夫球桿頭設(shè)計的目的。
圖1、圖2是本發(fā)明為304與316不銹鋼組合的棒材實施例合金材料成品主視及截面示意圖。
圖3是本發(fā)明為304SS不銹鋼與410SS不銹鋼組合的板截面示意圖。
圖4是本發(fā)明使用木紋式合金材料成形加工成高爾夫球桿頭毛胚的示意圖。
圖5為本發(fā)明使用304SS與316SS合金鍛造接合后，硬度、位置與加工量關(guān)系圖。
圖6為本發(fā)明使用304SS與316SS合金鍛造接合后，平均硬度與加工量關(guān)系圖。
圖7為本發(fā)明使用304SS與410SS合金鍛造接合后，平均硬度與加工量關(guān)系圖。
圖8為本發(fā)明使用304SS合金與黃銅鍛造接合后，平均硬度與加工量關(guān)系圖。
圖9是本發(fā)明的實施例高爾夫球頭特性表。
主要組件符號說明1合金材料 10紋路2高爾夫球桿頭 20桿頭本體21擊球面板 22桿連接部23紋路具體實施方式
如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明木紋式合金材料是一種具有紋路(10)寬度介于0.2～6.0mm之間且具有抗蝕性的合金材料(1)，該合金材料主要利用至少兩種不同的鎳鉻不銹鋼和/或銅材等材料于真空環(huán)境、無氧環(huán)境或是惰性氣氛環(huán)境下堆棧組焊成塊材，亦可將堆棧板材置入立方鐵基容器內(nèi)，將立方容器組焊成密封組件；再依所選的材料不同設(shè)定適當(dāng)?shù)母邷丨h(huán)境條件進(jìn)行高溫塑性加工，同時施以預(yù)定的加工量，使其不同合金材料組合成一體。
前述中，本發(fā)明木紋式合金材料可選用至少兩種不同的鎳鉻不銹鋼(如3XX系列、4XX系列、6XX系列、...等)，于無氧環(huán)境及850～1150℃溫度范圍下堆棧焊接組合，再施以30～85％的加工量，使其結(jié)合一體，而形成一具有紋路寬度介于0.2～6.0mm間且軟硬層次性質(zhì)組合的素材。
或者，本發(fā)明木紋式合金材料可選用至少一種鎳鉻不銹鋼(如3XX系列、4XX系列、6XX系列、....等)與至少一種銅材(如純銅或黃銅、青銅、...等銅合金)于無氧環(huán)境及850～1150℃溫度范圍下堆棧焊接組合，再施以30～85％的加工量，使其結(jié)合一體，而形成一具有紋路寬度介于0.2～6.0mm間且軟硬層次性質(zhì)組合的素材。
或者，本發(fā)明木紋式合金材料可選用至少二種不同成分的銅材(如純銅或黃銅、青銅、...等銅合金)于無氧環(huán)境及850～1000℃溫度范圍下堆棧焊接組合，再施以30～85％的加工量，使其結(jié)合一體，而形成一具有紋路寬度介于0.2～6.0mm間且軟硬層次性質(zhì)組合的素材。
如圖1、圖2所示，是揭示本發(fā)明使用編號304與316不銹鋼組合的棒材合金材料(1)成品圖，其上即呈現(xiàn)出層狀與不規(guī)則截面特征；或如圖3是揭示本發(fā)明使用編號304SS與410SS不銹鋼組合成合金材料(1)，或者本發(fā)明亦可為304SS不銹鋼與黃銅組合、....等組合。
前揭木紋式合金材料，應(yīng)用于成形加工成高爾夫球桿頭時，可以鍛造加工或其它成形加工手段予以完成，使該球桿頭(2)具有一預(yù)定形狀桿頭本體(20)，桿頭本體(20)前側(cè)具有擊球面板(21)，且頂端一側(cè)具有可連接球桿的桿連接部(22)，該球桿頭(2)可為鐵桿頭、推桿頭、木桿頭或其它形式的高爾夫球桿頭，且該球桿頭(2)因是使用該木紋式合金材料成形加工而成，故其表面具有木紋狀的紋路(23)，又該球桿頭(2)成形加工后，由于使用該木紋式合金材料以及加工方位因素，紋路寬度產(chǎn)生變化，使其寬度介于0.1～12.0mm之間不規(guī)則紋路特征，本發(fā)明木紋式高爾夫球桿頭基本上具有極佳的表面紋路特征與軟硬層次的組合，使得該球桿頭可達(dá)到造型設(shè)計多元化、機械性質(zhì)可變性，與個人化、藝術(shù)化的高爾夫球桿頭設(shè)計的目的。如圖4所示，是揭示本發(fā)明成形加工成高爾夫球桿頭(2)毛胚形狀的示意圖。
就加工量與接合關(guān)系的制程影響與限制的考量，經(jīng)研究與統(tǒng)計二十組樣品后，說明如下1、不同3XX不銹鋼合金材料接合的實施型態(tài)如圖5所示，其是取用304SS與316SS合金予以鍛造接合后，其硬度分布約介于Hv220～270之間，而于加工量6％、16％、26％時，其硬度值于兩種素材間呈現(xiàn)較不連續(xù)趨勢，且由斷面觀察，亦可發(fā)現(xiàn)加工量6％、16％的材料，于結(jié)合處存在有部分裂紋；而當(dāng)加工量到達(dá)36％、47％、57％、67％、73％、76％、80％時，其硬度值于兩種素材間呈現(xiàn)連續(xù)趨勢，且硬度分布低于Hv250，由圖6所示，更可明顯發(fā)現(xiàn)304SS與316SS合金鍛造加工量大于26％時，其硬度漸呈水平狀態(tài)。整體而言，當(dāng)加工量于26％左右以下時，加工量不足，制造過程易產(chǎn)生接合處缺陷；因此，本發(fā)明的合金材料，不同3XX不銹鋼合金材料接合，其加工量應(yīng)嚴(yán)格限制在30～85％之間。
2、3XX與4XX不銹鋼合金接合的實施型態(tài)如圖7所示，其是取用304SS與410SS不銹鋼合金鍛造接合后，其304SS不銹鋼合金硬度分布約介于Hv220～270之間，其410SS不銹鋼合金硬度分布約介于Hv250～310之間，由圖6可發(fā)現(xiàn)304SS與410SS不銹鋼合金鍛造加工量大于26％時，其硬度漸呈水平狀態(tài)。整體而言，當(dāng)加工量于26％左右以下時，加工量不足，制造過程易產(chǎn)生接合處缺陷；因此，本發(fā)明的合金材料，3XX與4XX不銹鋼合金接合，其加工量應(yīng)嚴(yán)格限制在30～85％之間。
3、3XX不銹鋼與黃銅合金接合的實施型態(tài)如圖8所示，其是取用304SS不銹鋼與黃銅合金鍛造接合后，其304SS不銹鋼合金硬度分布約介于Hv220～270之間，其黃銅合金硬度分布約介于Hv150～170之間，由圖8可發(fā)現(xiàn)304SS不銹鋼合金鍛造加工量大于26％時，其硬度漸呈水平狀態(tài)，黃銅合金則于不同加工量鍛造時，其硬度基本上呈水平狀態(tài)。因此，本發(fā)明的合金材料，3XX不銹鋼與黃銅合金接合，其加工量應(yīng)嚴(yán)格限制在30～85％之間。
以下再配合實施例進(jìn)一步詳細(xì)說明，如圖9所示，編號1～5為本發(fā)明實施例的范疇，編號6為比較實施例。為比較高爾夫球桿頭擊球回旋角度，本發(fā)明者特以各合金材料分別制作相同尺寸的高爾夫球桿頭，其具有打擊面傾角度＝52度，溝寬＝0.85mm，溝深＝0.45mm?；旧希瑢嵤├母郀柗蚯驐U頭，皆通過5％NaCl于45～50℃溫度條件下48小時的鹽霧試驗，且通過3000發(fā)高爾夫球炮擊試驗。其中編號1實施例一，304不銹鋼與316不銹鋼表面清凈化與堆棧后，在惰性氣體保護下組焊，于1000℃施以47％加工量，其成品密度約7.87g/cm3，同時，利用機械手臂與高速攝影機，及計算機分析得其擊球回旋速度5710rpm。
編號2實施例二，為304不銹鋼與410不銹鋼表面清凈化與堆棧后，在真空環(huán)境下組焊，于1100℃施以57％加工量，其成品密度約7.89g/cm3，經(jīng)擊球分析顯示其擊球回旋速度5691rpm。
編號3實施例三，為304不銹鋼與430不銹鋼表面清凈化與堆棧后，惰性氣體保護下組焊，于1100℃施以57％加工量，經(jīng)擊球分析顯示其擊球回旋速度5682rpm。
編號4實施例四，為304不銹鋼與青銅合金表面清凈化與堆棧后，置入立方容器內(nèi)，在惰性氣體保護下組焊外框(內(nèi)部板材尚可局部移動)，于900℃施以57％加工量，有別于傳統(tǒng)高爾夫球桿頭素材的密度范圍，其成品密度約8.25g/cm3，經(jīng)擊球分析顯示其擊球回旋速度5751rpm。
編號5實施例五，為304不銹鋼與黃銅合金表面清凈化與堆棧后，置入立方容器內(nèi)，在惰性氣體保護下組焊外框(內(nèi)部板材尚可局部移動)，于900℃施以57％加工量，有別于傳統(tǒng)高爾夫球桿頭素材的密度范圍，其成品密度約8.17g/cm3，經(jīng)擊球分析顯示其擊球回旋速度5780rpm。
整體而言，由實施例一至五中，可發(fā)現(xiàn)本發(fā)明木紋式高爾夫球桿頭合金材料制成球桿頭后，與編號6實施例六比較，可發(fā)現(xiàn)其擊球回旋速度優(yōu)于目前商用鍛造型S25C(低碳鋼或軟鐵)高爾夫球桿頭，且高出約601～693rpm，約增加11.17～11.36％。同時，由實施例一至五中，亦可發(fā)現(xiàn)本發(fā)明木紋式高爾夫球桿頭合金材料可組合與傳統(tǒng)鐵基(密度7.8～8.0g/cm3)不同密度的材料，合金密度介于8.0～8.8g/cm3之間，如實施例四球桿頭密度為8.25g/cm3，實施例五球桿頭密度為8.17g/cm3；此外，本發(fā)明若以二種不同成分的銅材制成的木紋式合金材料制成高爾夫球桿頭時，同樣也可以達(dá)到類似本發(fā)明前揭各實施例的效果。
綜上所述，在適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚怼⒍褩＝M焊及嚴(yán)格的鍛造加工量與溫度條件的下，本發(fā)明木紋式高爾夫球桿頭合金材料經(jīng)高爾夫球桿頭鍛造加工，可獲致極佳的表面紋路特征與軟硬層次的組合，與有別于傳統(tǒng)的合金密度的組合，且使該高爾夫球桿頭的擊球旋轉(zhuǎn)速度(Back spin)提升，且符合耐鹽霧試驗與炮擊試驗等特點，實為制作高爾夫球桿頭的極佳合金材料。
權(quán)利要求
1.一種木紋式合金材料，其特征在于，以至少兩種不同成分的鎳鉻不銹鋼于無氧環(huán)境及850～1150℃溫度范圍下堆棧焊接組合，再施以30～85％的加工量，使其結(jié)合一體，而形成一具有紋路寬度介于0.2～6.0mm間且軟硬層次性質(zhì)組合的素材，藉此使該素材成為一可被成形加工成具有紋路特征的高爾夫球桿頭的合金材料。
2.一種木紋式合金材料，其特征在于，以至少一種鎳鉻不銹鋼與至少一種銅材于無氧環(huán)境及850～1150℃溫度范圍下堆棧焊接組合，再施以30～85％的加工量，使其結(jié)合一體，而形成一具有紋路寬度介于0.2～6.0mm間且軟硬層次性質(zhì)組合的素材，藉此使該素材成為一可被成形加工成具有紋路特征的高爾夫球桿頭的合金材料。
3.一種木紋式合金材料，其特征在于，以至少兩種不同成分的銅材于無氧環(huán)境及850～1000℃溫度范圍下堆棧焊接組合，再施以30～85％的加工量，使其結(jié)合一體，而形成一具有紋路寬度介于0.2～6.0mm間且軟硬層次性質(zhì)組合的素材，藉此使該素材成為一可被成形加工成具有紋路特征的高爾夫球桿頭的合金材料。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的木紋式合金材料，其特征在于，該無氧環(huán)境為真空環(huán)境。
5.如權(quán)利要求1、2或3所述的木紋式合金材料，其特征在于，該無氧環(huán)境為惰性氣氛環(huán)境。
6.如權(quán)利要求2所述的木紋式合金材料，其特征在于，銅材選自純銅、黃銅、青銅構(gòu)成的群組中的一種或多種。
7.如權(quán)利要求3所述的木紋式合金材料，其特征在于，銅材選自純銅、黃銅、青銅構(gòu)成的群組中的二種以上。
8.如權(quán)利要求2、3、6或7所述的木紋式合金材料，其特征在于，鎳鉻不銹鋼與銅材組合密度介于＝8.0～8.8g/cm3之間。
9.一種木紋式高爾夫球桿頭，其特征在于，以木紋式合金材料成形加工成預(yù)定形狀的桿頭本體，該桿頭本體前側(cè)具有擊球面板，頂端一側(cè)具有可連接球桿的桿連接部，且該球桿頭表面具有木紋狀的紋路。
10.如權(quán)利要求9所述的木紋式高爾夫球桿頭，其特征在于，該球桿頭表面紋路寬度介于0.1～12.0mm之間。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種木紋式合金材料及以該合金材料制成的木紋式高爾夫球桿頭，該合金材料是由不同成分的鎳鉻不銹鋼和/或銅合金等材料，于真空環(huán)境、無氧環(huán)境或惰性氣氛環(huán)境下堆棧組焊，且經(jīng)高溫及一定加工量范圍的塑性加工，使其不同合金材料組合成一體而構(gòu)成一木紋狀合金材料；使其可被成形加工成具有極佳表面紋路特征的高爾夫球桿頭；同時可獲致極佳的軟硬層次的組合構(gòu)造，有別于傳統(tǒng)的合金密度的組合，使該合金屬材料制成高爾夫球桿頭，可獲得較佳的打擊效應(yīng)，進(jìn)而使該合金材料可達(dá)到造型設(shè)計多元化、機械性質(zhì)可變性的高爾夫球桿頭設(shè)計要求的目的。
文檔編號A63B35/04GK1830614SQ200510053730
公開日2006年9月13日 申請日期2005年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月10日
發(fā)明者趙志燁 申請人:大田精密工業(yè)股份有限公司