高爾夫球桿面用鈦合金的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種滿足反彈系數(shù)規(guī)制、具有高的楊氏模量、抗拉強(qiáng)度，具有優(yōu)異的熱冷加工性的鈦合金來(lái)作為1號(hào)木桿、鐵頭球桿等的高爾夫球桿桿面用坯料。本發(fā)明的高爾夫球桿面用鈦合金，以質(zhì)量％計(jì)，含有1.0～3.5％的Al、0.5～1.4％的Fe、0.2～0.5％的O、0.002～0.030％的N，余量包含Ti以及雜質(zhì)，通過(guò)O和Al的復(fù)合添加來(lái)強(qiáng)化α相，并且，作為β相穩(wěn)定化元素選擇廉價(jià)的Fe，兼?zhèn)涓叩膹?qiáng)度和楊氏模量。將使熱加工性降低的Al的含量限制為較低，熱軋時(shí)的軋制負(fù)荷低，熱軋時(shí)難以產(chǎn)生傷痕和裂邊。
【專利說(shuō)明】高爾夫球桿面用鈦合金

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及以I號(hào)木桿(driver)為主的高爾夫球桿的桿面用坯料所使用的鈦合金制品。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái),伴隨著高爾夫球桿不能具有彈簧效應(yīng)(Spring Like Effect = SLE)這一反彈系數(shù)規(guī)制(SLE規(guī)則)被導(dǎo)入，用于高爾夫球桿面用途的鈦合金坯料的種類大大變化。在實(shí)行反彈系數(shù)(恢復(fù)系數(shù))規(guī)制之前，楊氏模量(Young’ s modulus)低、能容易地得到高的反彈性能、而且高強(qiáng)度且耐久性優(yōu)異的β型鈦合金是主流。在這些β型鈦合金中，主要被稱為T1-15-3合金的T1-15% V-3% Cr-3% Sn-3% Al合金、與其類似的合金，由于加工成形性也優(yōu)異，因此被主要地利用。但是，伴隨著反彈系數(shù)規(guī)制的導(dǎo)入，為了使用起因于低楊氏模量、反彈系數(shù)容易變高的β型鈦合金，并降低反彈系數(shù)來(lái)滿足規(guī)制，只有增厚桿面板厚來(lái)提高桿面的剛性。該情況下，想要將大量含有V、Mo等的高價(jià)格的合金元素的β型鈦合金應(yīng)用于桿面坯料的話，成本提高不能避免。而且，與使用具有比β型鈦合金高的楊氏模量、具有同等以上的比強(qiáng)度的材料的情況相比，使用β型鈦合金的情況下，需要增厚板厚，后者的桿面變重。這樣一來(lái)，難以增大桿面使用β型鈦合金的高爾夫球桿頭的容積，擊打球時(shí)的甜蜜點(diǎn)(sweet-spot)相對(duì)地變小，因此也存在對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)難以使用的問(wèn)題。由于這樣的理由，β型鈦合金開(kāi)始變得不是高爾夫球桿面用坯料的主流。
[0003]對(duì)此,與β型鈦合金相比，楊氏模量高的α+β型鈦合金，作為I號(hào)木桿桿面用還料現(xiàn)在正成為主流。通過(guò)使用楊氏模量高的α+β型鈦合金，即使減薄桿面，反彈系數(shù)也難以變高，與使用β型鈦合金相比，通過(guò)(符合)反彈系數(shù)規(guī)制的板厚自由度提高。另外，α+β型鈦合金，與β型鈦合金相比，比重小，因此即使是與β型鈦合金相同的質(zhì)量，也能夠更加增大球桿頭的容量。而且，α+β型鈦合金，與β型合金相比，高價(jià)格的合金元素的含量低，因此坯料成本也低，有上述等等的很多的優(yōu)點(diǎn)。作為該α+β型鈦合金，T1-6%Al-4% V為代表性的合金，但除此之外，還可使用例如T1-5% Al-1% Fe、Ti_4.5% Al-3%V-2% Fe-2% Mo、T1-4.5% Al-2% Mo-1.6% V-0.5% Fe-0.3% S1-0.03% C,T1-6% Al-6%V-2% Sn,T1-6% Al-2% Sn-4% Zr-6% Mo、Ti_8% Al-1% Mo-1% V,T1-6% Al-1% Fe 等。
[0004]如果使用這些合金，則即使使桿面厚度比β型鈦合金制桿面薄，也滿足反彈系數(shù)規(guī)制，并且通過(guò)控制為適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度-延展性范圍，也能夠?qū)Ω郀柗蚯驐U面賦予所需要的耐久性。該情況下，改變桿面形狀和/或結(jié)構(gòu)，能夠控制反彈性能的圓棒制品等，優(yōu)選楊氏模量為120GPa以上、抗拉強(qiáng)度為800MPa以上、斷裂伸長(zhǎng)率為15%以上。在桿面成形加工時(shí)加工度少的薄板制品等，優(yōu)先在板面內(nèi)的一個(gè)方向上楊氏模量為135GPa以上、抗拉強(qiáng)度為100MPa以上、斷裂伸長(zhǎng)率為10%以上。關(guān)于楊氏模量，為了通過(guò)反彈系數(shù)規(guī)制，關(guān)于抗拉強(qiáng)度和延展性，為了得到良好的耐久性，優(yōu)先分別滿足上述的值。但是，這些合金不能說(shuō)加工性充分良好，因此，難以以高合格率且低成本穩(wěn)定地供給滿足反彈系數(shù)規(guī)制，耐久性優(yōu)異，并且，能夠減薄板厚來(lái)大大地增加桿面容量的坯料。
[0005]例如，作為最通用的α+β型合金的T1-6% Al-4% V合金，作為桿面坯料具有充分的強(qiáng)度、楊氏模量，作為高爾夫球桿面用合金已經(jīng)被大量使用。但是，該合金含有6%的在高溫下具有固溶強(qiáng)化能力、使熱軋時(shí)的變形阻力增大的Al，存在熱加工性不好的問(wèn)題；含有4%的聞價(jià)格的β相穩(wěn)定化兀素V,存在還料成本比較聞的問(wèn)題。
[0006]專利文獻(xiàn)I提出了一種與T1-6% Al-4% V合金同樣地具有高的比強(qiáng)度、且低成本的合金。該合金是通過(guò)作為β穩(wěn)定化元素將V和Mo等的高價(jià)格、比重大的元素置換為廉價(jià)、β穩(wěn)定化能力高的Fe，以及大量地添加比重小的α相穩(wěn)定化元素Al，來(lái)謀取高比強(qiáng)度且低成本的α+β型合金。但是，該合金也含有5.5~7%的Al，具有難以熱加工的難點(diǎn)。特別是要降低朝向桿面坯料的加工成本的話，希望以只通過(guò)輕的壓制成形和研磨工序就能夠加工成桿面形狀的板制品來(lái)供給，但該合金由于高的熱變形阻力，難以造形成為板制品。特別是在熱軋時(shí)，該合金的合適的熱軋溫度范圍狹窄，若溫度比其稍微降低，就容易發(fā)生大的裂邊，存在成品合格率低的問(wèn)題。
[0007]另一方面，作為加工性比較好的α+β型合金的例子，有專利文獻(xiàn)2中提出的合金，卷形狀下的單向冷軋也能夠沒(méi)有問(wèn)題地進(jìn)行是該合金的特點(diǎn)。但是，該合金也含有4.5%的使熱加工性降低的Al，因此，存在熱加工溫度被限定的問(wèn)題，并且，含有分別為2.0%、1.6%的高價(jià)格的β相穩(wěn)定化元素Mo、V，存在坯料成本高的問(wèn)題。
[0008]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)
[0010]專利文獻(xiàn)1:特開(kāi)2004-10963號(hào)公報(bào)
[0011]專利文獻(xiàn)2:特開(kāi)平11-335758號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明是以上述的情況為背景而完成的，其目的是提供一種α+β型鈦合金，該鈦合金的特點(diǎn)是具有高的楊氏模量、抗拉強(qiáng)度，具有優(yōu)異的熱冷加工性。
[0013]發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)通過(guò)O和Al的復(fù)合添加來(lái)強(qiáng)化α相，并且，作為β相穩(wěn)定化元素選擇廉價(jià)的Fe，并將這些元素的添加量適當(dāng)化，使在室溫下的β相分?jǐn)?shù)降低時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)強(qiáng)度和楊氏模量都高的鈦合金。該合金，比重也小，是最適合作為高爾夫球桿面用坯料的坯料。而且，該合金，與以T1-6% Al-4% V合金為主的其他的α+β型合金相比，將使熱加工性降低的Al的含量限制為較低，因此熱軋時(shí)的軋制負(fù)荷低，熱軋時(shí)難以產(chǎn)生傷痕和裂邊。因此，具有面向包括板在內(nèi)的所有形狀的制品的制造性良好的優(yōu)點(diǎn)。
[0014]即，為了解決上述課題，本發(fā)明以下述的內(nèi)容為要點(diǎn)。
[0015]一種熱加工性和冷加工性優(yōu)異的高爾夫球桿面用鈦合金，以質(zhì)量％計(jì)，含有
1.0 ~3.5% 的 Α1、0.5 ~1.4% 的 Fe,0.20 ~0.50% 的 0,0.002 ~0.030% 的 N，余量包含Ti以及不可避免的雜質(zhì)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種高爾夫球桿面用α+β型鈦合金，該鈦合金的特點(diǎn)是具有高的強(qiáng)度-延展性平衡以及楊氏模量，具有優(yōu)異的熱冷加工性。

【具體實(shí)施方式】
[0017]在高爾夫球桿面中，并不是在所有的方向上要求高的楊氏模量和強(qiáng)度，特別地對(duì)于高爾夫球桿面的縱向(打高爾夫球的人擊打球時(shí)，高爾夫球桿面即將碰撞到球之前的天地方向)要求高的楊氏模量和強(qiáng)度。
[0018]本發(fā)明人為了解決上述課題而詳細(xì)調(diào)查成分元素以及制造方法對(duì)鈦合金的材質(zhì)特性造成的影響的結(jié)果，發(fā)現(xiàn):通過(guò)控制Fe、Al、0、N添加量，能夠制造作為高爾夫球桿面用坯料具有優(yōu)異的強(qiáng)度-延展性、楊氏模量，并且熱冷加工性優(yōu)異的α+β型鈦合金制品。在制造板制品的情況下，通過(guò)單向熱軋或冷軋，造成材質(zhì)各向異性的織構(gòu)顯著發(fā)達(dá)，產(chǎn)生作為與軋制方向垂直的方向的板寬度方向的楊氏模量以及強(qiáng)度比軋制方向增大的各向異性?？芍?，利用O和Al進(jìn)行了復(fù)合強(qiáng)化的本發(fā)明合金，其各向異性更強(qiáng)烈地體現(xiàn)。因此發(fā)現(xiàn)，如果將高爾夫球桿面的縱向取為上述板寬度方向，則能夠得到作為高爾夫球桿面所需要的在一個(gè)方向(高爾夫球桿面的縱向)上的高的楊氏模量和抗拉強(qiáng)度。
[0019]本發(fā)明是基于以上的見(jiàn)解完成的。以下示出選擇本發(fā)明中的各種添加元素的理由、和限定其含量范圍的理由。
[0020]Fe是β相穩(wěn)定化元素之中廉價(jià)的添加元素，具有強(qiáng)化鈦合金的β相的作用。并且，由于β穩(wěn)定化能力高，因此具有即使是比較低的添加量也能夠?qū)ⅵ孪喾€(wěn)定化的特性。為了得到作為高爾夫球桿面所需要的強(qiáng)度，需要添加0.5%以上的Fe。另一方面，F(xiàn)e在Ti中容易凝固偏析，另外，若大量地添加，則β相的體積分?jǐn)?shù)增加，楊氏模量降低，因此，鈦合金，圓棒制品的楊氏模量變得低于120GPa,薄板制品的在板面內(nèi)的一個(gè)方向上楊氏模量變得低于135GPa，作為高爾夫球桿面難以通過(guò)反彈系數(shù)規(guī)制?？紤]到這些影響，將Fe的添加量的上限設(shè)為1.4%。
[0021]再者，在更重視強(qiáng)度的情況下，F(xiàn)e的下限優(yōu)選為0.7%。另外，要是重視更切實(shí)地通過(guò)反彈系數(shù)規(guī)制、切地抑制楊氏模量降低的話，F(xiàn)e的上限優(yōu)選為1.2%。
[0022]Al是鈦α相的穩(wěn)定化元素，是具有高的固溶強(qiáng)化能力且廉價(jià)的添加元素。為了通過(guò)與后述的O、N的復(fù)合添加，得到作為高爾夫球桿面在耐久性上所必需的強(qiáng)度水平、即圓棒制品抗拉強(qiáng)度為800MPa以上、薄板制品在板面內(nèi)的一個(gè)方向上抗拉強(qiáng)度為100MPa以上，將添加量的下限設(shè)為1.0%。另一方面，若超過(guò)3.5%地添加Al，則與O的復(fù)合強(qiáng)化過(guò)于變高，延展性降低，作為高爾夫球桿面在耐久性上不能達(dá)成必需的10%以上的斷裂伸長(zhǎng)率，并且，造成冷加工性的降低。因此，Al的添加量需要設(shè)為3.5%以下。
[0023]再者，在更重視強(qiáng)度的情況下，Al的下限優(yōu)選為1.3%。另外，在重視耐久性的情況下，為了穩(wěn)定地得到充分的延展性，Al的上限優(yōu)選為3.2%。
[0024]O在α相中間隙固溶，具有固溶強(qiáng)化的作用。另外，通過(guò)與Al的復(fù)合添加，使α相強(qiáng)化，具有使楊氏模量與強(qiáng)度一同增高的效果。當(dāng)添加小于0.20%的O時(shí)，不能得到:作為高爾夫球桿面顯示充分的耐久性的、圓棒制品抗拉強(qiáng)度為800MPa以上、薄板制品在板面內(nèi)的一個(gè)方向上抗拉強(qiáng)度為100MPa以上的強(qiáng)度，另外，當(dāng)超過(guò)0.50%地添加時(shí)，強(qiáng)度過(guò)于變高，延展性降低，變得不能達(dá)成10%以上的斷裂伸長(zhǎng)率，損害耐久性。因此，將0.20%作為下限、將0.50%作為上限。
[0025]N與O同樣地，在鈦α相中間隙固溶，具有固溶強(qiáng)化的作用。為了發(fā)揮其效果，需要添加0.002%以上。另一方面，當(dāng)采用使用含有高濃度的N的海綿鈦的通常的方法來(lái)添加超過(guò)0.030%的N時(shí)，容易生成被稱為L(zhǎng)DI (低密度夾雜物:Low density Inclus1n)的未熔夾雜物，制品的合格率變低，因此將0.002%作為下限、將0.030%作為上限。
[0026]在本發(fā)明中，在圓棒和厚板等的、向桿面形狀的成形加工時(shí)進(jìn)行比較大的加工，通過(guò)控制桿面形狀能夠?qū)⒎磸椣禂?shù)抑制為較低的鈦制品的情況下，通過(guò)具有上述成分范圍，能夠得到具有良好的特性的高爾夫球桿面。特別是采用熱鍛造等向桿面形狀的成形加工時(shí)，本發(fā)明合金顯示出良好的可加工性，因此適合作為桿面坯料。
[0027]另一方面，本發(fā)明的鈦合金，在制造在向桿面形狀的成形加工中只進(jìn)行輕度的加工，通過(guò)桿面形狀將反彈系數(shù)抑制為較低的余地少的薄板制品的情況下，若使被稱為Transverse-texture (橫向織構(gòu))的織構(gòu)發(fā)達(dá)，則板寬度方向的抗拉強(qiáng)度以及楊氏模量變高，作為高爾夫球桿面用坯料是優(yōu)選的。該情況下，鈦合金若將Al、Fe、0限制在上述的成分范圍，并加熱至β單相區(qū)、或β相變點(diǎn)稍下方的α+β雙相區(qū)溫度進(jìn)行單向熱軋、或者進(jìn)而在與熱軋方向相同的方向進(jìn)行單向冷軋后在合適的條件下退火，則Transverse-texture容易發(fā)達(dá)，板寬度方向的強(qiáng)度和楊氏模量變高，因此能夠制造最適合作為桿面用坯料的薄板制品。
[0028]制造該薄板坯料時(shí)，從熱軋或者冷軋開(kāi)始到結(jié)束，一貫地只在一個(gè)方向上進(jìn)行軋制的理由是為了高效率地獲得能得到本發(fā)明作為目標(biāo)的、與材質(zhì)各向異性相伴的板寬度方向的高的楊氏模量的Transverse-texture。這樣一來(lái),通過(guò)將具有高的楊氏模量和強(qiáng)度-延展性平衡的本發(fā)明的鈦合金薄板的板寬度方向配置為高爾夫球桿面的縱向或與之接近的方向，能夠制造與反彈系數(shù)規(guī)制對(duì)應(yīng)、并且耐久性優(yōu)異的桿面。
[0029]實(shí)施例
[0030]〈實(shí)施例1>
[0031] 采用真空電弧熔煉法熔煉具有表1所示的組成、以及β相變點(diǎn)的鈦材，對(duì)其進(jìn)行熱鍛造，制成為直徑100_的還。將該還加熱至950°C后,通過(guò)熱軋制造出直徑18_的圓棒。利用深度計(jì)測(cè)定熱軋出的圓棒的表面?zhèn)凵疃龋萌?jí)評(píng)價(jià)了熱加工性(〇:最大傷痕深度< 0.3mm、Λ:最大傷痕深度大于0.3mm且小于0.5mm、X:最大傷痕深度> 0.5mm)。在傷痕深度為0.3mm以下的情況下，其后的剝皮(peeling)工序中的切削量較少即成，因此加工成本便宜，熱加工性能夠判定為良好。對(duì)該圓棒進(jìn)行700°C、2小時(shí)的退火后，制取平均直徑6mm的JIS14號(hào)拉伸試件，調(diào)查了拉伸特性。為了作為高爾夫球桿面用而得到良好的耐久性，需要抗拉強(qiáng)度(TS)為800MPa左右以上、并且斷裂伸長(zhǎng)率(EL)為15%以上。這些測(cè)定的結(jié)果也一并不于表1中。
[0032]表1
[0033]

【權(quán)利要求】
1.一種熱加工性和冷加工性優(yōu)異的高爾夫球桿面用鈦合金，以質(zhì)量％計(jì)，含有1.0~.3.5% 的 Α1、0.5 ~1.4% 的 Fe、0.20 ~0.50% 的 0、0.002 ~0.030% 的 N，余量包含 Ti 以及不可避免的雜質(zhì)。
【文檔編號(hào)】A63B53/04GK104136638SQ201280070555
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月24日
【發(fā)明者】川上哲, 藤井秀樹(shù) 申請(qǐng)人:新日鐵住金株式會(huì)社