专利名称：一种高尔夫球头用高弹钛合金材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铸造钛合金材料技术，特别是一种高尔夫球头用高弹钛合金材 料。
背景技术：
钛合金密度小、强度高，被广泛用于高尔夫运动木杆的制作，特别是远距离开杆 所用球杆的制作，被认为是高品质球头材料。作为一项休闲娱乐活动，高尔夫运动发展至今 日，球手已不仅是单单追求成绩，更多的注意力转向了打击手感以及声音。打击声音是球手 们判断自己球打得好坏的一个重要依据，已经成为高尔夫球手选择球具的关键因素之一。 高尔夫球头的趋势主要是材质密度更低、流动性更好、打击音质更清脆、响亮等。
国外对于高尔夫球打击音质已经有了 10年以上的研究经验，但更多是研究球头 的体积和形状所带来的效果，对于适合于铸造的钛合金材质研究在国内外均未见报导。
针对上述情况，我公司开展了高弹铸造钛合金材质研究，研制出来的 ZTi-7Al-4V-0. 2Cu高弹钛合金材料具有较低密度，高的延伸率、弹性模量、冲击韧性和流动 性能，且具有较佳的强度。该材料具有巨大的应用前景。发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高尔夫球头用高弹钛合金材料，改善打击 声音，使声音听上去更清脆、响亮，为高尔夫球手带来更多的娱乐感。
为了实现解决上述技术问题的目的，本发明采用了如下技术方案本发明的一种高尔夫球头用高弹钛合金材料，以Ti-Al-V-Cu四元合金系化学成分为 基础，以钛为基体加入Al、V、Cu合金元素形成标号为ZTi-7Al-4V-0. 2Cu的高弹铸造钛合 金，其化学成分质量组成为Ti-(6. 0 9. 5)Al-(2. 0 5. 0)V-(0. 01 0. 5)Cu- (0 2. 0) β，β为M0、Nb、Ta、CrJe元素的单独添加或任意两种元素的组合；即质量组成为Al 6. 0 9. 5% ；V 2. 0 5. 0% ；Cu :0. 01 0. 5% ； β :0 2. 0% ；其余为钛。
本发明的一种高尔夫球头用高弹钛合金材料，进一步优选的质量组成为A1 8. 3 8. 6% ；V 2. 0 3. 6% ；Cu :0. 12 0. 2% ；其余为钛。
本发明的技术方案使得这种钛合金具有较低的密度，高的延伸率、弹性模量、 冲击韧性和流动性，铸造的高尔夫球头打击声音清脆、悦耳；而且钛合金室温屈服强度 彡650MPa，抗拉强度彡700MPa，延伸率彡4. 5%，断面收缩率彡10%，弹性模量彡130GPa，冲击 功> 50J。该材料具有很高的流动性，适合浇注钛合金薄壁高尔夫球头。
本发明的高尔夫球头用高弹钛合金材料的制造工艺为将海绵钛、纯铝、纯铜、铝 钒中间合金按重量百分比配制钛合金，原材料经均勻混合后压制成电极，将电极在真空自 耗电极电弧炉中进行真空熔炼，熔炼成的钛合金铸锭在真空感应炉或真空自耗电极凝壳炉3中熔化后进行产品浇注。所述的铝钒中间合金V含量为50-90%，符合YS/T 579-2006的标 准。进一步具体的，熔炼真空度0-101 ，弧电压32-36V，弧电流5000-6000A ；真空自耗凝壳 炉熔炼真空度0-5Pa，弧电压30-40V，弧电流20000-30000A。
通过采用上述技术方案，本发明具有以下的有益效果本发明的ZTi-7Al-4V-0. 2Cu钛合金具有较低的密度，高的延伸率、弹性模量、冲击韧 性和流动性。这种新型高弹铸造钛合金的力学性能指标为1) Rm 彡 700MPa, Rp0.2 彡 650MPa, A 彡 4. 5%, Z 彡 10%, E 彡 130GPa, Ak 彡 50J。
2)该材料具有很好的流动性能，适合于浇注钛合金薄壁零件。该材料浇注高尔夫 球头薄壁件的成品率接近100%。
具体实施方式
实施例1将海绵钛、纯铝、纯铜、铝钒中间合金按重量百分比85.0 Ti-9. 75 Al-5. 2 V_0.05Cu配 制钛合金，原材料经均勻混合后压制成电极，将电极在真空自耗电极电弧炉中进行真空熔 炼，熔炼成的钛合金铸锭在真空自耗电极凝壳炉中熔化后浇注高尔夫球头模壳。浇注后的 合金含量为:85. 1 Ti-9. 6 Al-5. 1 V_0. 05Cu，其铸造状态下的力学性能、密度、成品率如下 所示室温屈服强度840MPa，抗拉强度925MPa，延伸率4. 8%，断面收缩率13. 0%，弹性模量 132GPa，冲击功68J，硬度HRC33. 3，密度为4. 38 g/ cm3，球头的浇注成品率98. 5%。
实施例2将海绵钛、纯铝、纯铜、铝钒中间合金按重量百分比83.0 Ti-8. 3 Al-3.6 V-0. ICu配制 钛合金，原材料经均勻混合后压制成电极，将电极在真空自耗电极电弧炉中进行真空熔炼， 熔炼成的钛合金铸锭在真空自耗电极凝壳炉中熔化后浇注高尔夫球头模壳。浇注后的合 金含量为87.8 Ti-8. 3 Al-3.6 V_0. 12Cu，其铸造状态下的力学性能、密度、成品率如下所 示室温屈服强度840MPa，抗拉强度920MPa，延伸率7. 5%，断面收缩率18. 0%，弹性模量 131GPa，冲击功13J，硬度HRC31. 2，密度为4. 38 g/ cm3，球头的浇注成品率97. 9%。
实施例3将海绵钛、纯铝、纯铜、铝钒中间合金按重量百分比91. 5 Ti-6.0 Al-2.0 V-0. 50 Cu配 制钛合金，原材料经均勻混合后压制成电极，将电极在真空自耗电极电弧炉中进行真空熔 炼，熔炼成的钛合金铸锭在真空自耗电极凝壳炉中熔化后浇注高尔夫球头模壳。浇注后的 合金含量为91.5 Ti-6.0 A1-1. 9 V-0. 51 Cu，其铸造状态下的力学性能、密度、成品率如下 所示室温屈服强度690MPa，抗拉强度735MPa，延伸率8. 0%，断面收缩率21. 3%，弹性模量 134GPa，冲击功23J，硬度HRC31. 5，密度为4. 39 g/ cm3，球头的浇注成品率93. 5%。
实施例4将海绵钛、纯铝、纯铜、铝钒中间合金按重量百分比89.0 Ti-8. 8 Al-2.0 V-0. 2 Cu配 制钛合金，原材料经均勻混合后压制成电极，将电极在真空自耗电极电弧炉中进行真空熔 炼，熔炼成的钛合金铸锭在真空自耗电极凝壳炉中熔化后浇注高尔夫球头模壳。浇注后的合金含量为89.0 Ti-8.6 Al-2.0 V-0. 2 Cu，其铸造状态下的力学性能、密度、成品率如下 所示室温屈服强度693MPa，抗拉强度732MPa，延伸率8. 7%，断面收缩率25. 3%，弹性模量 133GPa，冲击功68J，硬度HRC32. 3，密度为4. 36 g/ cm3，球头的浇注成品率95. 5%。
实施例5将海绵钛、纯铝、纯铜、铝钼、铝钒中间合金按重量百分比88.0 Ti-8.8 Al-2.0 V_l. 0 Mo-0. 2 Cu配制钛合金，原材料经均勻混合后压制成电极，将电极在真空自耗电极电弧炉 中进行真空熔炼，熔炼成的钛合金铸锭在真空自耗电极凝壳炉中熔化后浇注高尔夫球头模 壳。浇注后的合金元素含量为88.0 Ti-8.6 Al-2.0 V_l. 0 Mo-0. 2 Cu，其铸造状态下的力 学性能、密度、成品率如下所示室温屈服强度744MPa，抗拉强度767MPa，延伸率8. 6%，断面收缩率24. 6%，弹性模量 132GPa，冲击功74J，硬度HRC32. 5，密度为4. 38 g/ cm3，球头的浇注成品率94. 8%。
实施例6将海绵钛、纯铝、纯铜、铝钼、铝铬、铝钒中间合金按重量百分比87. 5 Ti-8.5 Al-2.0 V-0. 5 Mo-1.3 Cr-0. 2 Cu配制钛合金，原材料经均勻混合后压制成电极，将电极在真空自 耗电极电弧炉中进行真空熔炼，熔炼成的钛合金铸锭在真空自耗电极凝壳炉中熔化后浇注 高尔夫球头模壳。浇注后的合金元素含量为87.3 Ti-8.6 Al-2.0 V-0. 5 Μο_1· 2 Cr-0. 2 Cu，其铸造状态下的力学性能、密度、成品率如下所示室温屈服强度739MPa，抗拉强度765MPa，延伸率7. 5%，断面收缩率25%，弹性模量 131GPa，冲击功68J，硬度HRC28. 6，密度为4. 37 g/ cm3，球头的浇注成品率95. 5%。
综上所述，ZTi-7Al-4V-0. 2Cu高弹钛合金具有较低的密度，高的延伸率、弹性模量和冲 击韧性，且具有较佳的强度。该材料在铸造状态下I pQ.2彡650MPa,Rm彡700MPa,A彡4. 5%， Z彡10%，E彡130GPa,Ak彡50J, P =4. 36 4. 39g/cm3。另外，该材料具有很高的铸造流动性 能，适合于浇注钛合金薄壁铸件。
权利要求
1.一种高尔夫球头用高弹钛合金材料，其特征是以Ti-Al-V-Cu四元合金系化学 成分为基础，以钛为基体加入Al、V、Cu合金元素发明的一种新型高弹铸造钛合金标号为 ZTi-7Al-4V-0. 2Cu,其化学成分质量组成为Ti_(6. 0 9. 5)A1_(2. 0 5. 0)V-(0. 01 0. 5) Cu- (0 2. 0) β，β为Mo、Nb、Ta、Cr、Fe元素的单独添加或任意两种元素的组合；即 质量组成为 Al 6. 0 9. 5% ；V 2. 0 5. 0% ；Cu :0. 01 0. 5% ； β :0 2. 0% ；其余为钛。
2.根据权利要求1所述高尔夫球头用高弹钛合金材料，其特征是所述的钛合金材料 质量组成为:A1 8. 3 8. 6% ；V 2. 0 3. 6% ；Cu :0. 12 0. 2% ； β :0 2. 0% ；其余为钛。
全文摘要
本发明介绍了一种高尔夫球头用高弹四元钛合金材料，其特征是以钛为基体加入Al、V、Cu合金元素形成标号为ZTi-7Al-4V-0.2Cu-(0～2.0)β，β为Mo、Nb、Ta、Cr、Fe元素的单独添加或任意两种元素的组合的高弹铸造钛合金。本发明的钛合金具有较低的密度，高的延伸率、弹性模量、冲击韧性，Rm≥700MPa，Rp0.2≥650MPa，A≥4.5%，Z≥10%，E≥130GPa，Ak≥50J；具有很好的流动性能，适合于浇注钛合金薄壁零件，浇注高尔夫球头薄壁件的成品率接近100%。
文档编号C22C14/00GK102041408SQ201010609958
公开日2011年5月4日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者周华, 周洪强, 姜建伟, 王孟光, 陈志强 申请人:洛阳双瑞精铸钛业有限公司