[发明专利]含活性金属的钢类高尔夫球杆头的制造方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种精密铸造高尔夫球杆头的方法，特别是精密铸造一种含活性金属的钢类高尔夫球杆头的制造方法。

背景技术

一般而言，高尔夫球杆可分为木杆、铁杆及推杆三大类，早期的木杆头与铁杆头多以不锈钢或碳钢材质制成，为提高球杆头的功能性，近年来有各种新的钢类铸造材料被持续开发，并用以制造高尔夫球杆头。另一方面，高尔夫球杆头多以精密铸造方式制成，而目前的精密铸造大多于大气中进行，借助高周波感应熔解炉(High Frequency Induction Furnace)快速地将钢类金属锭熔融，再搭配静态重力浇铸而成。

然而，由于可提高球杆头功能性的钢类合金中，常含有易与大气中的氧反应的活性金属(例如：锰、铝、硅、钴、钛等)，因而易于熔炼钢类金属锭的过程中，与氧产生剧烈的氧化反应，不但造成熔解的困难度提升，更易导致浇铸后在高尔夫球杆头铸件上形成产生大量的渣孔或反应气孔等铸造缺陷；再者，剧烈的氧化反应也会造成金属液在壳模内的流动性下降，易因浇铸不足导致高尔夫球杆头铸件的成型良率降低，或是产生冷隔(Cold Shut)的问题而在高尔夫球杆头铸件中形成缝隙。此外，当欲熔炼的钢类金属锭中含有铬时，虽然铬在熔炼的过程中与大气产生氧化反应的程度不若上述氧化性较高的活性金属，但含铬的金属液进入模穴后，易与壳模的面层产生反应而生成二氧化铬与氧化铁，亦会造成高尔夫球杆头铸件表面的缺陷。

为解决上述问题，当用以制造高尔夫球杆头的钢类铸材中含有活性金属时，熔炼过程通常会选择在真空环境中进行，目前业界较常使用的真空铸造大致上包含真空电弧熔炼(Vacuum Arc Melting)与感应凝壳熔炼(Induction Skull Melting)二种；然而，无论是真空电弧熔炼或感应凝壳熔炼，其熔炼过程中都会使用水冷铜坩埚来作为钢类铸材熔融的载具，但水冷铜坩埚会降低金属的过热度(Degree of Superheat)，使熔融的金属液重新在水冷铜坩埚的内表面凝固，并生成一层具有厚度的壳体(即所谓“凝壳”)，以致钢类铸材转换成高尔夫球杆头铸件的比例降低，形成铸材的浪费而难以降低铸造成本，特别是当钢类铸材含有例如镍或钴等较为昂贵的成分时，如何提高铸材与铸件之间的转换比例，遂成为一项亟需改善的课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种含活性金属的钢类高尔夫球杆头的制造方法，可避免金属液产生剧烈的氧化反应，并可提高铸材与铸件之间的转换比例，避免浪费铸材，以有效提升高尔夫球杆头铸件良率及降低铸造成本。

为达到前述目的，本发明所运用的技术内容包含有：

一种含活性金属的钢类高尔夫球杆头的制造方法，包含：将一壳模定位放置于一旋转平台，该壳模包含相连通的一坩埚部及一模穴部，且该旋转平台连接于一可轴向旋转的转轴；将一含活性金属的钢类金属锭放置于该壳模的坩埚部，并于真空环境下将该钢类金属锭加热熔融成金属液；驱动该转轴以连动该旋转平台转动，使熔融的金属液流入该壳模的模穴部中；缓速停止该转轴，并取下该浇铸完成的壳模；破坏该壳模以取得一高尔夫球杆头铸件。

其中，该钢类金属锭可以为包含锰(Mn)、铝(Al)或硅(Si)的铁基材料，该钢类金属锭的铁含量大于50％，该钢类金属锭的密度为6.5～7.5g/cm³；例如，该钢类金属锭可以包含以重量百分比计5.0至35％的锰，或该钢类金属锭可以包含以重量百分比计6.0至12％的铝，或该钢类金属锭可以包含以重量百分比计3.0至5.5％的硅。

其中，该钢类金属锭可以为包含钴(Co)、钼(Mo)或钛(Ti)的铁基材料，该钢类金属锭的铁含量大于50％，该钢类金属锭的抗拉强度大于250ksi；例如，该钢类金属锭可以包含以重量百分比计5.0％至15.0％的钴，或该钢类金属锭可以包含以重量百分比计1.0％至6.0％的钼，或该钢类金属锭可以包含以重量百分比计0.2％至2.0％的钛。

其中，该钢类金属锭可以包含以重量百分比计15～30％的铬(Cr)，该钢类金属锭的密度为7.5～8g/cm³。

其中，该壳模的成型步骤包含：准备一个蜡胚，该蜡胚包含一个坩埚胚及一个铸件胚，该坩埚胚的环周面设有一个第一连接部，该铸件胚设有一个第二连接部，该第一连接部与该第二连接部相对连接成一体；于该蜡胚的表面形成一个包覆层；对该蜡胚及包覆层加热，以将蜡熔出；将该脱蜡完成的包覆层以高温烧结而形成该壳模，并使该壳模具有一体相连的坩埚部与模穴部。

其中，该壳模的面层材料可以为氧化钇、安定氧化锆或氧化铝等耐火材料。