Ứng dụng titan và hợp kim titan trong đầu golf

Ứng dụng titan và hợp kim titan trong đầu golf

 

1. Lời nói đầu

Kể từ tháng 3 năm 1990, Công ty JOY của Nhật Bản lần đầu tiên bán gậy đánh gôn bằng titan trên thế giới, mở đầu cho sự ra đời của gậy đánh gôn bằng titan. Sự hợp tác giữa Công ty JOY và Đường sắt Tứ Xuyên, và sự hợp tác giữa Shuiye và Mitsubishi Materials đã cho phép thương mại hóa các câu lạc bộ chơi gôn bằng titan. Đầu thanh của Tứ Xuyên Sắt được làm bằng hợp kim titan Ti-6Al-4V, mặt trên và bề mặt tiếp xúc của đầu thanh vật liệu Mitsubishi được làm bằng Ti-6Al-4 Hợp kim titan V, đáy và cổ được làm bằng titan nguyên chất.

Bài báo này giới thiệu sơ lược về việc sử dụng titan và hợp kim titan cho các loại gậy golf đang bán trên thị trường hiện nay.

2. Phát triển và thay đổi chất liệu đầu gậy golf

Gậy chơi gôn cũng được làm bằng gỗ. Trong bài viết này, họ đề cập đến gậy gỗ số 1 (thường được gọi là gậy), bởi vì ngoài ra, còn có gậy và gậy sắt được sử dụng trong sân bằng, điều đó không có nghĩa là gậy hợp kim titan giá cao chắc chắn sẽ được sử dụng . Để biết cây gậy nào trong số 14 cây gậy sử dụng trong sân golf có tầm bay lớn nhất thì việc cải thiện tốc độ bóng là điều đương nhiên. Các câu lạc bộ dài và nhẹ cùng một lúc. Tốt hơn là âm lượng của đầu gậy cũng lớn. Cụ thể, nếu trọng lượng của đầu bi khoảng 190g và thể tích của đầu bi lớn hơn 300ml, thì trọng lượng riêng có thể được tính đơn giản là 190 ÷ 300=0.63. Khi trọng lượng riêng dưới mức này, lực tác động khi quả bóng va chạm với quả bóng gần bằng 1t. Các thử nghiệm như vậy đã được thực hiện nhiều lần để làm rõ các điều kiện cực kỳ khắc nghiệt, nhưng vật liệu được sử dụng cho đầu bi có những đặc điểm riêng.

Cây hồng được dùng làm dơi gỗ từ xa xưa, vì nó nhẹ nhất trong các loại gỗ nhưng độ bền lại rất cao. Tấm Al được sử dụng ở dưới cùng của đầu bóng và nhựa được sử dụng ở bề mặt đánh. Để điều chỉnh trọng lượng của đáy, chì được thêm vào nó. Trọng lượng của đầu bi đạt 200g, thể tích giới hạn tối đa là 190ml, loại phổ biến là từ 170 đến 180.

Nhật Bản lần đầu tiên phát triển đầu gậy đánh gôn bằng kim loại (dangan) vào năm 1981. Thể tích là 150ml, nhỏ hơn đầu bóng quả hồng nhưng tỷ lệ đánh rất cao. Điều này là do nó bay nhanh hơn dơi bóng hồng. Thể tích là 150ml, không nhỏ như con dơi hồng nhưng nó rất phổ biến trên thị trường. Kể từ đó, thời đại của đầu bóng kim loại đã bước vào. Thép không gỉ cường độ cao - đúc chính xác SUS431 ban đầu được sử dụng cho vật liệu đầu của thanh bi. Vào thời điểm đó, các khớp nối bi sắt được đúc chính xác chủ yếu là SUS304 và SUS431, nhưng SUS431 có độ bền cao đã thành công. Tuy nhiên, không mất nhiều thời gian để một tuyên bố được đưa ra do quả cầu va chạm lõm. Là người chịu trách nhiệm phát triển Dangan, họ đã quyết định thay thế vật liệu được sử dụng bằng SUS630 (17-4PH). Độ bền kéo của SUS431 là 840MPa, trong khi độ bền kéo của SUS630 chỉ tăng 1,070 MPa, nhưng khả năng chống ăn mòn tốt hơn SUS630 nên đây là lý do để thay thế. Chẳng mấy chốc, đầu bóng SUS431 biến mất khỏi thị trường và đầu bóng SUS304 cũng chung số phận. Chỉ có đầu bóng SUS630 đã phổ biến trong một thời gian ngắn. Điều này là do độ bền, khả năng chống ăn mòn, khả năng đúc và giá thành của đầu bóng là tốt. Điều quan trọng là độ sâu của quá trình đánh bóng gương, cảm giác tiên tiến về màu sắc và độ cứng bề mặt của nó cao. Ngay cả khi có một vết xước nhỏ, độ bóng của nó có thể được duy trì trong một thời gian dài, vì vậy nó rất phù hợp cho đầu chơi gôn. Từ quan điểm này, SUS630, với tư cách là vật liệu làm bóng golf, có đặc tính toàn diện tốt và xứng đáng là hợp kim thép không gỉ tiên tiến.

Tuy nhiên, chất liệu SUS630 làm đầu gậy golf lâu nay không được bảo dưỡng. Lý do lớn nhất là kích thước nhỏ của nó. Thay vào đó, đầu bóng carbon, dựa trên sợi than chì và sau đó được tạo hình nóng bằng nhựa epoxy, được gọi là CFRP, và cấu trúc bên trong của nó là rỗng. Như chúng ta đã biết, sợi than chì cực kỳ bền và nhẹ nên rất thích hợp làm vật liệu làm thanh bi. Thể tích có thể lớn hơn 200ml và các phương pháp chuẩn bị cũng khác nhau. Ngoài ra còn có các đường ngang của sợi than chì nổi trên bề mặt, cả sợi dài và sợi ngắn. Trong cuộc cạnh tranh khốc liệt về giá, do hiệu suất tuyệt vời của nó, kết hợp với sợi nhựa ABS ngắn và có thể được sản xuất bằng phương pháp ép phun, nên giá của nó đương nhiên rẻ một cách đáng kinh ngạc. Tuy nhiên, đầu thanh carbon vẫn chưa trở thành xu hướng chủ đạo, chủ yếu là do các tiêu chuẩn hiển thị hiệu suất của CFRP không đồng nhất và rất khó để nhìn thấy hiệu suất của sản phẩm từ hình thức bên ngoài. Điều quan trọng nhất đối với người tiêu dùng là độ tin cậy của sản phẩm. Ở các khía cạnh khác, độ bền của bề mặt và chi phí khuôn mẫu trong sản xuất đã khiến vật liệu này không trở nên phổ biến.

Từ kim loại đến carbon, và từ nhiệt kim loại đến titan, đây là một quá trình phát triển của gậy golf. Cây gậy làm bằng vật liệu mới được sử dụng vì tỷ lệ đánh cao. Đồng thời, nếu chức năng của con dơi làm bằng vật liệu mới được cải thiện, giá thành của nó đương nhiên sẽ tăng lên. Nhưng nó cũng khiến mọi người ảo tưởng rằng hiệu suất của các câu lạc bộ golf giá cao đương nhiên là tốt. Vào giữa những năm -1990, nhôm là thời kỳ hoàng kim của nhôm đã giành chiến thắng trong cuộc cạnh tranh về số lượng. Nhôm Dula (7075) được sử dụng làm vật liệu nối bi trong giai đoạn đầu của hợp kim nhôm. Độ bền kéo của 7075 T6 là khoảng 600MPa, vì vậy nó có thể được coi là một thanh bi có cường độ riêng cao hơn. Tuy nhiên, do sự tồn tại của titan nên không biết khi nào nó sẽ biến mất. Trên thực tế, khớp cầu hợp kim nhôm đã trải qua nhiều thăng trầm trên thị trường. Lý do chính tại sao nhôm không thể được phân loại là vật liệu nối bóng là do khả năng chống ăn mòn. Xử lý bề mặt phải được thực hiện. Xử lý bề mặt phù hợp nhất là anodizing. Tuy nhiên, do độ cứng bề mặt thấp nên vấn đề độ bền rất khó giải quyết.

Cuối cùng, một ví dụ sử dụng tốt của titan trên đầu bi sắt được giới thiệu. Đó là, hiệu suất của đầu bi sắt được nhúng bằng tấm titan chỉ dày 3 mm trên bề mặt đánh đã được cải thiện rất nhiều do sử dụng một lượng nhỏ titan và tỷ lệ hiệu suất trên giá của nó cũng tốt.

3. Mối quan hệ giữa chức năng và chất liệu của đầu gậy golf

Độ cứng của đầu bóng càng cao thì tầm bay của gậy càng tốt. Đây là lẽ thường của thời đại con dơi hồng. Bề mặt đánh của quả hồng được nhúng một loại nhựa hình bàn gọi là miếng chèn hình cầu. Để cải thiện khả năng gia cố và độ bền của bộ phận tác động bóng, vật liệu đã dần dần phát triển thành sợi giấy, nhựa ABS và CFRP. Trong kỷ nguyên nhúng CFRP có độ cứng và độ cứng cao, phạm vi bay đã được cải thiện rất nhiều. Trong thời đại của đầu bi gỗ, đã có những ví dụ về 3 hoặc 4 quân tiếp viện theo hướng dọc trên bề mặt đánh. Điều này cũng là để cải thiện độ cứng của bề mặt đánh.

Nhưng vào mùa xuân năm 1997, Công ty Maluman đã sử dụng hợp kim titan SP-700 trong "Titan Titan" để làm cho độ dày thành của quả cầu đánh mỏng hơn, uốn cong quả cầu đánh, kiểm soát sự biến dạng của quả bóng, ngăn ngừa tổn thất năng lượng và tăng phạm vi bay. Năm sau, một công ty khác cũng công bố lý thuyết kết hợp trở kháng, mang lại cùng một lực hồi phục cho bề mặt va chạm và số rung động tự nhiên của bề mặt va chạm gần với bề mặt hình cầu hơn. Năng lượng của đầu bóng có thể được truyền vào bóng một cách hiệu quả và phạm vi bay có thể được cải thiện. Sản phẩm này bán rất chạy trên thị trường lúc bấy giờ.

Một trong những luật chơi gôn do R&A và USGA quy định là: “Thiết kế cần tránh hiệu ứng đàn hồi có tác động tiêu cực đến chuyển động của bóng tại điểm va chạm của bề mặt đánh bóng”.

Tuy nhiên, thực tế là quả cầu đánh được làm mỏng đi, giúp tăng phạm vi bay của độ đàn hồi. Sự mỏng đi của quả cầu đánh của hầu hết các câu lạc bộ gây ra những vấn đề lớn trong ngành công nghiệp gôn thế giới.

Trước ngày 2 tháng 4000, USGA đã công bố lỗi vi phạm luật chơi gôn và vào tháng 6, USGA đã báo cáo lỗi vi phạm đối với gậy có hệ số bật lại hơn 0,830.

Mặt khác, R&A, đại diện của ngành golf Nhật Bản, đã không còn hy vọng vào quy tắc hiệu ứng đàn hồi vào tháng 9 và công bố "Kết quả nghiên cứu cho thấy các gậy golf hiện tại có hệ số bật lại cao hơn so với các gậy golf kim loại ban đầu , nhưng việc cải thiện khoảng cách bay không ảnh hưởng đến trò chơi golf."

Hiện nay, tình hình của ngành golf trên thế giới là hai tiêu chuẩn cùng tồn tại.

Ở Hoa Kỳ, những câu lạc bộ chơi gôn vi phạm các quy tắc không được sử dụng, nhưng ở Châu Âu và Nhật Bản, những câu lạc bộ như vậy cũng có thể được sử dụng. Theo cách này, các câu lạc bộ chơi gôn ngày nay ở Nhật Bản vẫn còn mỏng trên bề mặt đánh, điều này dẫn đến nhiệt độ đánh hồi phục cao. Trong kỷ nguyên nổi tiếng của thời hoàng kim titan, nhiều hợp kim titan mới đã xuất hiện trong một cuộc cạnh tranh hình cầu có sức bật cao như vậy.

Nhưng vào ngày 2 tháng 5002, USGA và R&A bất ngờ đưa ra tuyên bố thống nhất về hệ số phục hồi. Các điểm chính của nội dung là: "Trong 5 năm sau 2003, hệ số phục hồi thay đổi nhiều hơn, nằm trong khoảng từ 0,830 đến 0.860 và đã phục hồi xuống dưới 0,830 kể từ năm 2008" . Thông báo đột ngột khiến các nhà sản xuất golf như rơi vào mây khói.

Tên dơi của người vận hành Vật liệu hình cầu Vật liệu hình cầu Thể tích (ml) Giá (yên)

Akilaprigutac Mô hình Akilavintedge SP-700 6-4 415 OP

Danh sách chặt chẽ của Accinet Nhật Bản 975J-VS 15-3-3-3 6-4 312 58000

Accinet Japan King Copra SS370 SAT-2041 6-4 370 OP

E-era Golf Studio Lyoma 320 15-5-3 6-4 320 68000O

Wilson Diered PF400 Bakula Titanium 6-4 400 0P

Catana Golf TM320Ti 15-5-3 KS-100 320 88000

Casca DD4 SP-700 6-4 400 85000

Doanh số Canon BUMP415 SP-700 6-4 415 98000

Nhóm tham quan Wave C bat 390 SP-700 6-4 390 70000

Salomon &Tela đã sản xuất 320Ti Tour SP-700 6-4 340 OP

Salomon &Tela đã tạo ra XR-03 SP-700 6-4 410 OP

Dio Tech Golf HSW Heavy 360 15-3-3-3 6-4 360 OP

Sybo Japan Sybo nén bat SP-700 6-4 410 OP

Seiko es yard T{{0}}FA 0.5 15-5-3 15-3-3-3 320 95000

Seiko es yard T-9BL 15-3-3-3 KS 100 360 88000

Daiwa Onofu Travel 15-5-4-4 6-4 320 72000

Tham quan Dahe Onofu 15-5-4-4 6-4 320350 77000

Danlof New Zegushio SP-700 6-4 350 80000

Danlof ElidusonW201 SP-700 6-4 303 OP

Thời gian giải trí 360RS SP-700 6-4 360 70000

Dự án giải trí 380ED 10-2-3 6-4 380 8000

つるゃ PG Ver.02 SP-700 6-4 350 70000

つるゃ RX-400MM SAT-2041 6-4 400 80000

Naiki Ti350X SAT-2041 6-4 350 OP

Naiki Ti275 450Ti 15-3-3-3 275 OP

Bốn mươi Deenpwan 15-3-3-3 6-4 348 48000

Britiston Sports RV-10 330 SP-700 15-3-3-3 330 85000

British Sports RX-1 275 15-5-3 15-3-3-3 275 95000

Sân gôn Benjian 15-5-3 SP-700 6-4 450 120000

Magulega Mucktech navvy2 380 Ti-9 6-4 380 55000

Tham quan Mastar Astlo 380 10-2-3 6-4 385 78000

Maluman Bisonik 350 SP-700 6-4 350 70000

Thủy Dã 300SII 315 15-5-3 15-3-3-3 315 90000

Thủy Dã 300SII 330 15-5-3 15-3-3-3 330 90000

Ymaha Mystery 01 DAT51 KS-100 340 75000

Hengbin cao su TR-X 15-5-3 15-3-3-3 350 83000

Yonics 3000 Spec 400 SP-700 6-4 400  70000

Có thể thấy từ bảng rằng:

(1) Trong thời đại của khả năng phục hồi cao, hợp kim chính được sử dụng cho vật liệu bóng hoàn toàn khác với hợp kim được sử dụng cho vật liệu bề mặt đánh. Đặc biệt chất liệu mặt đánh sử dụng hợp kim titan cao cấp độ bền cao cho xe.

(2) Vật liệu bề mặt va chạm chủ yếu là vật liệu rèn hoặc cán, trong khi vật liệu bóng chủ yếu là 6-4, về cơ bản là vật đúc chính xác, còn lại là vật liệu rèn.

(3) SP-700 chủ yếu dùng để đánh vật liệu bề mặt, chiếm 41% ; Sau đó là 15-5-3, chiếm 22 phần trăm .

(4) SAT-2041 hợp kim tương đối mới đã được sử dụng trong ba mẫu và triển vọng thị trường trong tương lai rất lạc quan.

5. Hợp kim mới cho vật liệu nối bi

Tại Nhật Bản, nhiều nhà sản xuất titan đang đề xuất các hợp kim titan mới sau đây cho vật liệu khớp cầu:

Thép Kobe

(1) KS100/KS120(O:0.3--0.35,Fe:0.35--0.5,Si:0--0.6 )

Thành phần hợp kim của hợp kim này chỉ có 1 phần trăm , tương tự như titan nguyên chất, với chi phí thấp và độ bền tương đương với hợp kim 6-4, vì vậy tỷ lệ hiệu suất cao trên giá thành là đặc điểm lớn nhất của nó. Nó phù hợp để xử lý nóng và ấm, có thể so sánh với titan nguyên chất. Nó có thể rèn cổ và đáy của đầu bóng.

(2) KSELF(Ti-4.5Al-4Cr-0.5Fe-0.2C cộng với Hợp kim)

Nó có các đặc tính cường độ giống như 6-4 và các đặc tính rèn của nó có thể so sánh với các đặc tính của titan nguyên chất. Hiệu suất cắt của nó gấp đôi so với hợp kim 6-4 và chi phí của nó rẻ hơn 6-4. Nó có thể được sử dụng để đánh mặt, mông và cổ.

(3) KSTi-9(Ti-2Mo-1.6V-0.5Fe-4.5Al-0.3Si cộng hợp kim)

Tương tự như KSELF, nó có các đặc tính cường độ tương tự với 6-4, độ dẻo nóng và lạnh cao và khả năng hàn tốt. Nó có thể được sử dụng để đánh mặt, mông và cổ.

(4) TVC(KS13-11-3Ti-13V-11Cr-3Hợp kim Al)

do hợp kim titan Loại B này có khả năng gia công tuyệt vời, động lượng của nó cao hơn hợp kim cường độ cực cao 15-5-3-3 và độ bền kéo của nó lên tới 1550MPa, có thể được sử dụng làm vật liệu bề mặt để đánh cực mỏng quả bóng.

(5) KS15-5-4-4(Ti-15Mo-5Zr-4Al-4V)

Nó là một hợp kim titan cao cấp dành cho ô tô, giống như 15-5-3, nhưng độ bền của nó tốt hơn và phù hợp với độ đàn hồi của nó. Nó có nhiều khả năng được sử dụng làm vật liệu bề mặt.

Thép đặc biệt Đại Đồng

(1)DAT51(Hợp kim Ti-22V-4Al)

Nó có khả năng làm việc tuyệt vời, độ bền cao và độ đàn hồi cao sau khi xử lý lão hóa, và thích hợp nhất để làm vật liệu bề mặt để đánh bóng.

(2) Bakula Titan (DAT55GTi-15V-6Cr-4Hợp kim Al)

Nó là hợp kim mới nhất được phát triển đặc biệt là vật liệu thành mỏng của bề mặt va chạm. Sức mạnh và độ dẻo dai của nó không thua kém hợp kim 15-5-3. Dự kiến ​​sẽ cải thiện hệ số phục hồi.

NKK

(1)SP-700(Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe cộng với hợp kim)

Như đã đề cập trước đó, hợp kim này là vật liệu bề mặt được sử dụng rộng rãi nhất trong các sản phẩm mới của năm nay. Nó có thể được so sánh với hợp kim 15-3-3-3 được sử dụng rộng rãi trong việc rèn các thanh bi titan. Nó là hợp kim yên tâm nhất để sử dụng đầu bi. Khả năng xử lý, độ bền, độ dẻo dai, cảm giác bóng và giá thành là những hợp kim titan tuyệt vời cho đầu bóng.

Kim loại Sumitomo

(1)SAT2041(Ti-20V-3.5Al-1Sn Hợp kim)

Gần đây, nhiều hợp kim mới đã được sử dụng trên vật liệu bề mặt của quả bóng. Họ có khả năng làm việc lạnh tuyệt vời. Sau khi xử lý lão hóa thích hợp, chúng có thể đạt được độ bền cao và độ dẻo dai cao, đồng thời có cảm giác đánh tốt.

thép nippon

(1) 21S (Hợp kim Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.25Si)

Không cần phải nói, khả năng gia công tốt, cân bằng tuyệt vời giữa độ bền và độ dẻo dai, độ bền xử lý lão hóa lên tới 1500MPa, hy vọng sẽ được sử dụng làm hợp kim mới với thành mỏng trên bề mặt va chạm.

Thép Aichi

(1) Titan nguyên chất xốp

Nó đã được khen ngợi trong việc sử dụng đầu gậy nhẹ hiện có và đầu gậy sắt hình nêm. Cái trước có cảm giác mềm mại khi chơi bóng, và cái sau hướng đến khả năng xoay của nó. Ứng dụng của con dơi là một chủ đề trong tương lai.

6. Nhu cầu trong tương lai và vật liệu mới

Vật liệu thay thế trong tương lai như sau:

(1) Kim loại vô định hình

Nó đã rơi vào tình trạng suy thoái, có thể do công nghệ chưa trưởng thành gây ra. Kim loại vô định hình cơ bản được đặc trưng bởi độ bền cao, độ nhớt tốt, ít rỉ sét và trọng lượng nhẹ. Và trọng lượng nhẹ chính là điều mà các câu lạc bộ golf mong muốn. Hiện tại, việc nghiên cứu các kim loại vô định hình Al, Mg và Ti có trọng lượng riêng nhẹ đang được tiến hành và triển vọng rất lạc quan.

(2) Hợp chất liên kim

Trong số các hợp chất liên kim được nghiên cứu làm vật liệu nhiệt bền, Ni3Al đã xử lý thành công lá 90u và TiAl cũng được kỳ vọng sẽ trở thành vật liệu thân hoặc van động cơ của tàu vũ trụ. Có rất nhiều nghiên cứu, và khả năng là cao.

(3) Hợp kim nhớ hình dạng, hợp kim siêu đàn hồi

Nó có hệ số đàn hồi nhỏ, độ bền cao, khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, bề mặt va đập có độ bật cao và khả năng hoàn toàn.

(4) Công nghệ nano

Nghiên cứu cải thiện độ bền và độ dẻo dai của kim loại đã thành công một phần, chưa kể đến những lĩnh vực đáng chú ý.

Cuối cùng, cần nhắc đến quy mô thị trường gậy golf ở Nhật Bản là 123 tỷ yên, trong đó gậy gỗ trị giá 65,5 tỷ yên, khoảng 2,4 triệu chiếc (ước tính năm 2001), chiếm khoảng 70%.