运动器械材料钛金属在高尔夫球中的应用

华东理工大学2011 ——2012学年第二学期

《运动器械材料》

课程论文

班级高材091 学号 10093145 姓名邢泰

开课学院材料学院任课教师许海燕成绩

论文题目：钛金属在高尔夫球运动中的应用

论文要求：

1、观点明确、条理清楚，在前人基础上有所创新；

2、注明参考文献、引文用脚注连续标注，参照《华东理工大学学报》发表论文的标准格式；

3、正文3000字以上，必须包括中英文摘要。

4、在2012年 4 月 30 日前提交纸质版。

教师评语：

教师签名：

年月日

钛金属在高尔夫球运动中的应用

高尔夫球具与材料

高尔夫运动被认为是一种最受材料影响的运动。高尔夫球具又是球员发挥其能力的重要工具，对于球具来说，其最主要和最简单的要求就是帮助高尔夫球员降低他们击球的杆数，为进一步达到这一目标，就需要对高尔夫球具进行设计，即对球杆进行设计。高尔夫球杆可以分为三大类，即木杆、铁杆和推杆。木杆是用于开杆和远距离击球的杆，铁杆用于中距离及精确击球，而推杆是用于在果岭上将球击入洞中。

当年Bobby Jones使用的是胡桃木制的球杆，而如今的球员一杆，再加上体积超大、卒心的钛合金球头，可以想象的到，在击球距离上他们之间的差距是非常明显的。采用先前材料的球杆要达到现在的成绩是很困难的，尤其是击球距离。因此，高尔夫运动在很大程度上受到球具材料的影响。职业的高尔夫球员使用当今现有的装备，可以将球击得更远，在球道上击球路线更规范，且能在较远距离上推球入洞。

另外，高尔夫球也取得了极大的发展，但是美国高尔夫协会和Andrews st．的皇家历史高尔夫俱乐部已经对球进行了标准化，对球的滚动动作和球速作了限制。与此同时，球杆的中管已经使用了更轻的碳素复合材料，在减轻质量的同时其扭矩和刚度都有所提高，与55g～56 g碳纤维中管同样强度的钢杆，其质量仪为115g。因此，高尔夫球具制造商将高尔夫的研发工作都集中在高尔夫杆头上，着力提高和改善术杆、铁杆和推杆击球的效果。

近几年来，高尔夫整个木杆的质量已经被减轻了，但球杆的长度也从已有110 cm加长剑114 cm。而球杆头的质量仍需保持不变(约200 g)，对于铸造不锈钢的木杆头因材料密度较大，其体积最大只能约200 ml。因为，较大体积球头的转动惯性会使得击球方向更直且更远；因此，球杆设计师已经认识到，需要寻找另一种材料来加大球头体积，且仍能保持较高的强度。 钛金属带来的福音

钛金属在金属结构材料中仅次于铝、铁、镁居第4位，被誉为发展中的第3金属材料我国钛储量居世界首位，占世界 1/2 以上，由于钛及其合金具有强度高、密度小、耐腐蚀、无磁、焊接性能好等一系列特点，一直受到世界各国的重视，发展迅速。特别是随着钛铸造技术的发展，已能生产形状复杂的大型钛铸件，免去了大量机加工量，提高了金属利用率。近年来，钛铸件已在航空、航天、造船、化工、能源、医疗、运动休闲用品等方面得到广泛应用。

采用钛合金制造的空心球头，其体积可以由早期的190 ml变得更大，甚至超过650 ml，而且质量能均匀分布在球头的周围。这样，球杆在击球时，将产生较大的弧长而带来更大的球速，使击球距离明显增大；同时由于球头质量集中于球头周围，球杆有效的防扭曲性能会使击球线路更直。因体积的加大使球头的甜蜜点增大，高尔夫球员可以将球击得更远、更直而没有左右的摇摆。

钛金属的应用

1.钛合金木杆头

实现钛台金空心木头主要有两种工艺：一种是利用熔模精密铸造来生产大体积的钛球头，目前能铸造体积大约为520 ml，球头本体一般采用Ti6A14v合金铸造，可以设计底部(sole)或者打击面(face)开口。根据球员的不同需求来镶嵌sole部和face的材料和形式。铸造钛球头主要以face开口的为主，因打击面直接影响击球的方向、距离和速度，配置不同的钛合金材

质有不同的打击效果；一般采用高强β钛合金，如Ti-15333、Ti-1023、β-21s以及SP-700等，它们具有较高的强度和韧性，使球员在击球时得心应手。

另一种制造钛合金空心木头的方法是锻造。一般锻造球头由4部分组成：底板、上盖、打击面和杆部，通过焊接工艺将这4部分连接而成。上盖和底板一般采用纯钛，打击面和杆部多采用钛合金。同时，随着材料工艺的不断提高，各种新型高强度的钛合金材料和钛台会复合材料也不断推出并被用于高尔夫球头上。如“Little Thunder”公司将钛钢复合板成功用于锻造球头上，改变传统方式(即在底部镶嵌钨、铜等重金属块来配重)，而是采用复合板的钛合金与上二盖及打击面进行错位焊接，利用底层大密度的不锈钢作为配重，同时由于是整体的不锈钢板，所以很好的解决了一般镶嵌球头配重质量分布不均匀的问题。目前国际高尔夫市场追求的是设计新颖的高尔夫球具，而新型材料的应用正是迎合了这一需求。由于“Little Thunder”球头具有它独特的新颖之处，当旨次将此球头投入市场时，即具有很好的卖点，倍受高尔夫球员的喜爱。

2.钛铁杆

铁杆主要用于中距离和精确击球。在铁杆系列中尤其是wedge杆对击球的精确度要求更高，其一个重要性能是，当球从沙坑陷阱或从靠近果岭的草丛中被击出时能不断重复打出较高的后旋比率。后旋使得球可以“咬住”并很快的停留在果岭上。能打出后旋球的wedge杆球头其打击面不可缺少的一个必备条件就是：当球与打击面接触时，打击面要能提供足够的摩擦力。Carbite Golf公司在他们新设计的wedge杆的打击面中镶嵌入一种钛．金刚石复合物，通过打击面的表面及近表面的金刚石颗粒来增加摩擦系数。与常规铁头打击面相比，其摩擦性能有明显改善和提高。

3. 钛合金推杆

正如木杆和铁杆，在推杆上采用钛合金做本体，如Cabite Golf公司已申请专利的钛钨推杆系列，球头中部本体为钛合金，两端配重钨，将钨块与本体锲形镶嵌后通过高压烧结成形或热压等方法使其达到致密的结合。钛合金密度为4．3g/cm3，而配重钨的密度为19 g／cm3，使得球头70％的质量集中在了两端的heel和toe部位。这种设计可以使球头打击面增加约50％转动惯性，转动惯性越高，推杆头就可以防止因未击在球头中心而产生的扭曲。此推杆比起传统的推杆在果岭仁的优势更为明显。通过使用一个摇摆式的机器人进行中心和非中心的击球实验，钨-钛-钨推杆63次击球入洞(长度为8．2 m)，而使用传统的推杆为35次，由此看来，钛合金配重推杆击球入洞率高出传统推杆约45％。

结语

铸造和锻造的钛球头在近一段时期内，还会存高尔夫行业中继续占有一定的市场；但是，目前球头所使用的钛合金多为Ti6A14v台金、纯钛和几种β钛合金，钛合金材料还有很大的潜力有待于研制和开发，如能及时把科研成果转化为实际生产力并运用到高尔夫球具产品中，率先把高强钛合金推广应用到球头上，开创高强高弹钛合舍在球头上应用的先躯，将会具有可观的商业前景，同时稳固和提高钛合金在高尔夫球具市场的地位。

钛合金铁头因其价格高，球头打击性能与不锈钢球头相比没有明显的优势，铁头市场仍以不锈钢为主。目前，钛球头中心仍是木头，但行业已向钛的铁头和推杆发展。

参考文献：

1.王兰芳等《稀有金属材料与工程》，2005，35(3)：192

2.张海龙等《稀有金属材料与工程》，2005，35(3)：666