CN102041409A

CN102041409A - 一种高尔夫球头用高弹钛合金铸造材料

Info

Publication number: CN102041409A
Application number: CN2010106100946A
Authority: CN
Inventors: 王孟光; 周洪强; 姜建伟; 陈志强; 周华
Original assignee: Luoyang Sunrui Titanium Precision Casting Co Ltd
Current assignee: Luoyang Sunrui Titanium Precision Casting Co Ltd
Priority date: 2010-12-29
Filing date: 2010-12-29
Publication date: 2011-05-04

Abstract

本发明介绍了一种高尔夫球头用高弹钛合金铸造材料，该材料以钛为基体加入Al、Sn合金元素形成高弹铸造钛合金，标号为ZTi-7Al-5Sn，质量组成为：Al：6.0～8.5%；Sn：3.0～8.0%；β：0～2.0%；β为为Mo、V、Nb、Ta、Cr、Fe等β元素的单独添加或任意两种元素的组合；其余为钛。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，R_m≥700MPa，R_p0.2≥650MPa，A≥5%，Z≥10%，E≥130GPa，Ak≥50J；材料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%。

Description

一种高尔夫球头用高弹钛合金铸造材料

技术领域

本发明涉及一种铸造钛合金材料，特别是一种高尔夫球头用高弹钛合金铸造材料。

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，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。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-5Sn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铸造材料，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铸造材料，以Ti-Al-Sn三元合金系化学成分为基础，以钛为基体加入Al、Sn合金元素形成高弹铸造钛合金，标号为ZTi-7Al-5Sn，其化学成分质量组成为：Al：6.0～8.5%；Sn：3.0～8.0%；β：0～2.0%；β为为Mo、V、Nb、Ta、Cr、Fe等β元素的单独添加或任意两种元素的组合；其余为钛。

本发明的一种高尔夫球头用高弹钛合金铸造材料，进一步优选的技术方案是：钛合金铸造材料化学成分质量组成为：Al：6.0～6.1%；Sn：3.0～4.5%；β：0～2.0%；其余为钛。

这种高尔夫球头用高弹钛合金铸造材料具有较低的密度，高的延伸率、弹性模量、冲击韧性和流动性，该合金铸造的高尔夫球头打击声音清脆、悦耳。该钛合金室温屈服强度≥650MPa，抗拉强度≥700MPa，延伸率≥5%，断面收缩率≥10%，弹性模量≥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铸造材料的制造工艺为：将海绵钛、纯铝、铝锡中间合金按重量百分比配制（83.5～91.0）Ti-（6.0～8.5）Al-(3.0～8.0)Sn(0～2.0)β钛合金，原材料经均匀混合后压制成电极，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中熔化后进行产品浇注。

进一步具体的高尔夫球头用高弹钛合金铸造材料的制造工艺为：海绵钛、纯铝、铝锡中间合金按重量百分比配制（83.5～91.0）Ti-（6.0～8.5）Al-(3.0～8.0)Sn(0～2.0)β钛合金，原材料经均匀混合后压制成电极，将电极在真空自耗电极电弧炉中进行真空熔炼，熔炼真空度0-10Pa，弧电压32-36V，弧电流5000-6000A，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中熔化后进行产品浇注，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-5Sn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）R_m≥700MPa，R_p0.2≥650MPa，A≥5%，Z≥10%，E≥130GPa，Ak≥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。如：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

海绵钛、纯铝、铝锡中间合金按重量百分比90.8 Ti-6.2 Al-3.0 Sn配制钛合金，原材料经均匀混合后压制成电极，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：90.7 Ti-6.1 Al-3.0 Sn，其铸造状态下的力学性能、密度、成品率为：

室温屈服强度655MPa，抗拉强度720MPa，延伸率10.5%，断面收缩率31.0%，弹性模量132GPa，冲击功104J，硬度HRC22.1，密度为4.34 g/ cm³，球头的浇注成品率100%。

实施例2

将海绵钛、纯铝、铝锡中间合金按重量百分比86 Ti-6.0 Al-8.0 Sn配制钛合金，原材料经均匀混合后压制成电极，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：85.8 Ti-6.0 Al-8.0 Sn，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670MPa，抗拉强度743MPa，延伸率8.3%，断面收缩率24.0%，弹性模量135GPa，冲击功85J，硬度HRC25.3，密度为4.36 g/ cm³，球头的浇注成品率98.6%。

实施例3

将海绵钛、纯铝、铝锡中间合金按重量百分比88.8 Ti-6.7 Al-4.5Sn配制钛合金，原材料经均匀混合后压制成电极，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：88.5 Ti-6.8 Al-4.5Sn，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660MPa，抗拉强度710MPa，延伸率9.0%，断面收缩率24.5%，弹性模量134GPa，冲击功94 J，硬度HRC20.4，密度为4.35 g/ cm³，球头的浇注成品率98.6%。

实施例4

将海绵钛、纯铝、铝锡中间合金按重量百分比83.5 Ti-8.5Al-8.0Sn配制钛合金，原材料经均匀混合后压制成电极，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：83.2 Ti-8.5Al-8.1Sn，其铸造状态下和固熔时效后的力学性能、密度、成品率如下所示：

室温屈服强度675MPa，抗拉强度735MPa，延伸率5.5%，断面收缩率15.8%，弹性模量136GPa，冲击功86 J，硬度HRC25.4，密度为4.35 g/ cm³，球头的浇注成品率97.6%。

实施例5

将海绵钛、纯铝、纯铜、铝锡中间合金按重量百分比90.8 Ti-6.1 Al-3.0 Sn-0.1Cu配制钛合金，原材料经均匀混合后压制成电极，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：90.7 Ti-6.1 Al-3.0 Sn-0.1Cu，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658MPa，抗拉强度725MPa，延伸率8.5%，断面收缩率27.0%，弹性模量133GPa，冲击功74J，硬度HRC23.4，密度为4.35 g/ cm³，球头的浇注成品率98.3%。

实施例6

将海绵钛、纯铝、铝钒、铝锡中间合金按重量百分比90.0 Ti-6.0 Al-3.0 Sn-1.0V配制钛合金，原材料经均匀混合后压制成电极，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：89.8 Ti-6.1 Al-3.0 Sn-1.0V，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677MPa，抗拉强度738MPa，延伸率10.8%，断面收缩率28.0%，弹性模量132GPa，冲击功104J，硬度HRC22.1，密度为4.34 g/ cm³，球头的浇注成品率100%。

实施例7

将海绵钛、纯铝、铝钼、铝锡中间合金按重量百分比90.0 Ti-6.0 Al-3.0 Sn-0.5Mo-0.5V配制钛合金，原材料经均匀混合后压制成电极，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：89.8 Ti-6.1 Al-3.0 Sn-0.5Mo-0.5V，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686Mpa，抗拉强度750Mpa，延伸率9.6%，断面收缩率24.3%，弹性模量131GPa，冲击功87J，硬度HRC21.8，密度为4.34 g/ cm³，球头的浇注成品率100%。

综上所述，ZTi-7Al-5Sn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：R_p0.2≥650MPa，R_m≥700MPa，A≥5%，Z≥10%，E≥130GPa，Ak≥50J，ρ=4.34~4.36g/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。

Claims

1.一种高尔夫球头用高弹钛合金铸造材料，其特征是：以Ti-Al-Sn三元合金系化学成分为基础，以钛为基体加入Al、Sn合金元素形成高弹铸造钛合金，标号为ZTi-7Al-5Sn，其化学成分质量组成为：Al：6.0～8.5%；Sn：3.0～8.0%；β：0～2.0%；β为为Mo、V、Nb、Ta、Cr、Fe元素的单独添加或任意两种元素的组合；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铸造材料，其特征是：所述的钛合金铸造材料化学成分质量组成为：Al：6.0～6.1%；Sn：3.0～4.5%；β：0～2.0%；其余为钛。