골프 헤드에 티타늄 및 티타늄 합금 적용
Feb 12, 2023
골프 헤드에 티타늄 및 티타늄 합금 적용
1. 서문
1990년 3월부터 일본의 조이컴퍼니가 세계 최초로 티타늄 골프채를 판매하면서 티타늄 골프채의 서막을 열었다. JOY Company와 Sichuan Railway의 협력, Shuiye와 Mitsubishi Materials의 협력으로 티타늄 골프 클럽의 상용화가 가능해졌습니다. Sichuan Iron의 로드 헤드는 Ti-6Al-4V 티타늄 합금으로 만들어졌으며 Mitsubishi 소재 로드 헤드의 상단과 타격면은 Ti-6Al-4로 제작되었습니다. V 티타늄 합금, 바닥과 넥은 순수 티타늄으로 만들어졌습니다.
본 논문은 현재 시장에서 판매되고 있는 골프채용 티타늄 및 티타늄 합금의 용도를 간략하게 소개한다.
2. 골프 클럽 헤드 소재의 개발 및 변경
골프채도 나무로 만든다. 이 글에서는 #1 목제 클럽(일반적으로 클럽이라고 함)을 언급하는데, 그 외에도 플랫 코스에서 사용되는 클럽과 아이언 클럽도 있기 때문에 고가의 티타늄 합금 클럽이 불가피하게 사용된다는 의미는 아니기 때문입니다. . 골프장에서 사용하는 14개 클럽 중 어떤 클럽이 비거리가 가장 큰지 알기 위해서는 볼스피드를 향상시키는 것이 당연하다. 클럽은 동시에 길고 가볍습니다. 클럽 헤드의 볼륨도 큰 것이 좋다. 구체적으로 볼헤드의 무게가 약 190g이고 볼헤드의 부피가 300ml 이상이면 비중은 간단히 190 ÷ 300=0.63으로 계산할 수 있다. 비중이 이보다 낮으면 볼과 볼이 충돌할 때의 충격력은 1t에 가깝다. 이러한 테스트는 극도로 가혹한 조건을 명확히 하기 위해 여러 번 수행되었지만 볼 헤드에 사용되는 재료에는 고유한 특성이 있습니다.
감나무는 나무 중에서 가장 가벼우면서도 강도가 매우 높기 때문에 예로부터 나무 방망이로 사용되어 왔다. 볼 헤드 하단에는 Al 플레이트를 사용하고 타격면에는 수지를 사용합니다. 바닥의 무게를 조절하기 위해 납을 넣습니다. 볼헤드의 무게는 200g에 이르고 부피는 많아야 190ml로 제한되며 일반적인 형태는 170~180개이다.
일본은 1981년 금속제 골프채 헤드(단간)를 처음 개발했다. 부피는 150ml로 감볼 헤드보다 작지만 적중률은 매우 높다. 감볼배트보다 빨리 날아가기 때문이다. 용량은 150ml로 감박쥐만큼 작지는 않지만 시중에서 큰 인기를 끌고 있다. 그때부터 메탈 볼 헤드의 시대가 도래했다. 고강도 스테인리스강 - SUS431 정밀 주조는 초기에 볼 로드의 헤드 재질로 사용되었습니다. 당시 철구조인트의 정밀주조품은 주로 SUS304와 SUS431이었으나 고강도 SUS431이 성공하였다. 그러나 오목한 충돌구로 인해 주장이 제기되기까지 오래 걸리지 않았습니다. Dangan의 개발 책임자로서 사용되는 재료를 SUS630(17-4PH)으로 교체하기로 결정했습니다. SUS431의 인장강도는 840MPa인 반면, SUS630의 인장강도는 1.070MPa밖에 증가하지 않지만 내식성은 SUS630보다 우수하므로 교체 이유입니다. 곧 SUS431 볼 헤드는 시장에서 사라졌고 SUS304 볼 헤드도 같은 운명을 맞았습니다. SUS630 볼 헤드만이 짧은 시간 동안 인기를 끌었습니다. 볼헤드의 강도, 내식성, 주조성, 원가가 좋기 때문이다. 중요한 것은 경면연마의 깊이와 고급스러운 색감, 표면경도가 높다는 것입니다. 작은 흠집이 있어도 광택이 오래 유지되어 골프 헤드에 매우 적합합니다. 이러한 관점에서 볼 때 SUS630은 골프공 재료로서 종합적인 특성이 우수하고 고급 스테인리스강 합금이 될 가치가 있습니다.
그러나 골프 클럽 헤드로서 SUS630 소재는 오랫동안 유지되지 않았다. 가장 큰 이유는 크기가 작기 때문입니다. 대신 흑연 섬유를 기반으로 한 다음 에폭시 수지로 열간 성형한 탄소 볼 헤드를 CFRP라고 하며 내부 구조가 비어 있습니다. 우리 모두가 알다시피 흑연 섬유는 매우 강하고 가볍기 때문에 볼로드 재료에 매우 적합합니다. 부피가 200ml 이상일 수도 있고 준비 방법도 다릅니다. 긴 섬유와 짧은 섬유 모두 표면에 떠 있는 흑연 섬유의 수평선도 있습니다. 치열한 가격경쟁 속에서 ABS수지 단섬유와 결합되어 사출성형이 가능한 우수한 성능으로 인해 당연히 가격은 놀라울 정도로 저렴하다. 그러나 카본 로드 헤드가 주류를 이루지 못한 주된 이유는 CFRP의 성능을 표시하는 기준이 획일적이지 않고 외관상으로는 제품의 성능을 보기 어렵기 때문입니다. 소비자에게 가장 중요한 것은 제품의 신뢰성입니다. 다른 측면에서, 표면의 내구성과 제조 시 금형 비용으로 인해 재료가 대중화되지 않았습니다.
금속에서 탄소로, 금속에서 티타늄 열로, 이것이 바로 골프 클럽의 발전 과정입니다. 타격률이 높아 신소재 배트를 사용한다. 동시에 신소재로 만든 방망이의 기능을 향상시키려면 당연히 원가가 올라간다. 하지만 가격이 비싼 골프채의 성능은 당연히 좋은 것이라는 착각을 주기도 한다. 알루미늄은 -1990중반에 양적 경쟁에서 승리한 알루미늄의 전성기였습니다. Dula 알루미늄(7075)은 알루미늄 합금의 초기 단계에서 볼 조인트 소재로 사용됩니다. 7075 T6의 인장 강도는 약 600MPa이므로 비강도가 더 높은 볼로드라고 할 수 있습니다. 하지만 티타늄의 존재로 인해 언제 사라질지 모른다. 사실, 알루미늄 합금 볼 조인트는 시장에서 몇 가지 기복을 경험했습니다. 알루미늄이 볼 조인트 재료로 분류될 수 없는 주된 이유는 내부식성 때문입니다. 표면 처리를 해야 합니다. 가장 적합한 표면 처리는 아노다이징입니다. 그러나 표면 경도가 낮아 내구성 문제를 해결하기 어렵다.
마지막으로 철제 볼 헤드에 티타늄을 사용한 좋은 예를 소개합니다. 즉, 타구면에 단 3mm 두께의 티타늄 판이 박혀있는 철제 볼 헤드는 소량의 티타늄을 사용하여 성능이 크게 향상되었으며 성능 대비 가격도 좋습니다.
3. 골프채 헤드의 기능과 재질의 관계
볼 헤드의 강성이 높을수록 배트의 비행 범위가 좋아집니다. 이것이 감박쥐 시대의 상식이다. 감의 타격면에는 구형 인서트라는 테이블 모양의 수지가 내장되어 있습니다. 볼 임팩트 부분의 보강과 내구성을 향상시키기 위해 종이 섬유, ABS 수지, CFRP 등의 소재로 점차 진화해 왔습니다. CFRP 내장의 고경도 및 강성 시대에 비행 범위가 크게 향상되었습니다. 목제 볼헤드 시대에는 타격면에 길이방향으로 3~4개의 보강재를 사용한 예가 있었다. 이것은 타구면의 강성을 향상시키기 위한 것이기도 하다.
그러나 1997년 봄, Maluman Company는 "Titan Titanium"에 SP-700 티타늄 합금을 사용하여 타구의 벽 두께를 더 얇게 만들고, 타구를 구부리고, 공의 변형을 제어하고, 에너지 손실을 방지하고, 비행 범위를 늘립니다. 이듬해 다른 회사도 임피던스 정합 이론을 발표했는데, 이는 타격면에 동일한 반발력을 가져오고 타격면의 자연 진동수는 구형 표면에 더 가깝습니다. 볼 헤드의 에너지를 효과적으로 볼에 전달할 수 있어 비거리를 향상시킬 수 있습니다. 이 제품은 당시 시장에서 잘 팔렸습니다.
R&A와 USGA가 규정한 골프 규칙 중 하나는 "타구면의 임팩트 지점에서 볼의 움직임에 부정적인 영향을 미치는 탄성 효과를 피하도록 설계해야 한다"는 것이다.
하지만 사실은 타격구가 얇아져 탄성의 비거리가 늘어난다는 점이다. 대부분의 클럽의 타격구가 얇아짐은 세계 골프 산업에 큰 문제를 야기합니다.
USGA는 4월 2000일 이전에 골프 규칙 위반을 발표했으며, 6월에는 리바운드 계수가 0.830 이상인 클럽 위반을 보고했습니다.
한편, 일본 골프업계를 대표하는 R&A는 지난 9월 더 이상 탄성효과 법칙에 대한 희망을 표명하지 않고 "현재 골프채가 초기 메탈 골프채보다 반발계수가 높다는 연구 결과가 나왔다"고 발표했다. 하지만 비거리의 향상은 골프 게임에 영향을 미치지 않습니다."
현재 세계 골프산업의 상황은 두 가지 기준이 공존하는 상황이다.
미국에서는 규칙을 위반한 골프채는 사용하지 않지만 유럽과 일본에서는 그런 클럽도 사용할 수 있다. 이와 같이 오늘날 일본의 골프 클럽은 여전히 타격면이 얇아서 높은 리바운드 히트 히트를 가져 왔습니다. 잘 알려진 티타늄 전성기 시대에 이러한 고 반발 구형 경쟁에서 많은 새로운 티타늄 합금이 등장했습니다.
그러나 5월 2일002 USGA와 R&A는 갑자기 리바운드 계수에 대한 통합 선언을 발표했습니다. 내용의 주요 내용은 "2003 이후 5년 동안 반발 계수는 0.830에서 0.860까지 더 가변적이며 2008년 이후 0.830 미만으로 회복되었습니다." . 갑작스러운 발표에 골프 제조사들은 곤경에 빠졌다.
오퍼레이터 배트 명칭 구형 재질 구형 재질 부피(ml) 가격(엔)
Akilaprigutac Akilavintedge 모델 SP-700 6-4 415 OP
Accinet 일본 타이트 리스트 975J-VS 15-3-3-3 6-4 312 58000
Accinet Japan King Copra SS370 SAT-2041 6-4 370 OP
E-era 골프 스튜디오 Lyoma 320 15-5-3 6-4 320 68000O
Wilson Diered PF400 Bakula 티타늄 6-4 400 0P
카타나 골프 TM320Ti 15-5-3 KS-100 320 88000
카스카 DD4 SP-700 6-4 400 85000
캐논 판매 BUMP415 SP-700 6-4 415 98000
관광단 웨이브 C 배트 390 SP-700 6-4 390 70000
Salomon &Tela는 320Ti Tour SP-700 6-4 340 OP를 만들었습니다.
Salomon &Tela는 XR-03 SP-700 6-4 410 OP를 만들었습니다.
디오 테크 골프 HSW 헤비 360 15-3-3-3 6-4 360 OP
Sybo Japan Sybo 압축 방망이 SP-700 6-4 410 OP
Seiko es yard T{0}}FA 0.5 15-5-3 15-3-3-3 320 95000
세이코 에스 야드 T-9BL 15-3-3-3 KS 100 360 88000
다이와 오노푸 여행 15-5-4-4 6-4 320 72000
Dahe Onofu 투어 15-5-4-4 6-4 320350 77000
단로프 뉴 제구시오 SP-700 6-4 350 80000
Danlof ElidusonW201 SP-700 6-4 303 OP
여가 시간 360RS SP-700 6-4 360 70000
레저 프로젝트 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
나이키 티275 450티 15-3-3-3 275 OP
포틴 딘프완 15-3-3-3 6-4 348 48000
브리티스턴 스포츠 RV-10 330 SP-700 15-3-3-3 330 85000
브리티스턴 스포츠 RX-1 275 15-5-3 15-3-3-3 275 95000
벤지안 골프 15-5-3 SP-700 6-4 450 120000
Magulega Mucktech navvy2 380 Ti-9 6-4 380 55000
Mastar Astlo 투어 380 10-2-3 6-4 385 78000
말루만 비소닉 350 SP-700 6-4 350 70000
슈이예 300SII 315 15-5-3 15-3-3-3 315 90000
슈이예 300SII 330 15-5-3 15-3-3-3 330 90000
야마하 미스터리 01 DAT51 KS-100 340 75000
행빈 고무 TR-X 15-5-3 15-3-3-3 350 83000
Yonics 3000 사양 400 SP-700 6-4 400 70000
표에서 다음을 볼 수 있습니다.
(1) 고탄성 시대에 볼 소재에 사용되는 주합금은 타격면 소재에 사용되는 합금과 완전히 다릅니다. 특히 타격면 소재는 차량용 고강도 고급 티타늄 합금을 사용한다.
(2) 타격면 재료는 대부분 단조 또는 압연 재료이며, 볼 재료는 기본적으로 정밀 주조인 6-4이 주를 이루고 나머지는 단조 재료입니다.
(3) SP-700는 주로 표면 재료를 타격하는 데 사용되며 41%를 차지합니다. 그런 다음 15-5-3, 22%를 차지합니다.
(4) 비교적 새로운 합금인 SAT-2041는 세 가지 샘플에 사용되었으며 향후 시장 전망은 낙관적입니다.
5. 볼 조인트 소재용 신합금
일본에서는 다양한 티타늄 제조업체가 볼 조인트 재료용으로 다음과 같은 새로운 티타늄 합금을 제안하고 있습니다.
고베제강
(1) KS100/KS120(O:0.3--0.35,Fe:0.35--0.5,Si:0--0.6 )
이 합금의 합금원소는 순티타늄과 유사하게 1%에 불과하며 6-4합금과 동등한 저비용 및 강도를 가지므로 높은 가격대비 성능이 가장 큰 특징입니다. 순수 티타늄에 필적하는 따뜻하고 열간 가공에 적합합니다. 그것은 볼 헤드의 목과 바닥을 위조할 수 있습니다.
(2) KSELF(Ti-4.5Al-4Cr-0.5Fe-0.2C + 합금)
6-4와 동일한 강도 특성을 가지며 단조 특성은 순수 티타늄과 유사합니다. 절단 성능은 6-4 합금의 두 배이며 비용은 6-4보다 저렴합니다. 얼굴, 바닥 및 목을 치는 데 사용할 수 있습니다.
(3) KSTi-9(Ti-2Mo-1.6V-0.5Fe-4.5Al-0.3Si + 합금)
KSELF와 유사하게 6-4와 유사한 강도 특성을 가지며, 고온 및 저온 연성이 높고 용접성이 우수합니다. 얼굴, 바닥 및 목을 치는 데 사용할 수 있습니다.
(4) TVC(KS13-11-3Ti-13V-11Cr-3Al 합금)
이 B형 티타늄 합금은 가공성이 우수하여 초고강도 합금 15-5-3-3보다 운동량이 높고 인장강도가 1550MPa에 달하여 극박 타격용 표면재로 사용할 수 있습니다. 공.
(5) KS15-5-4-4(Ti-15Mo-5Zr-4Al-4V)
자동차용 고급 티타늄 합금으로 15-5-3과 동일하나 강도가 더 좋고 탄성도 일치합니다. 타격 표면 재료로 사용될 가능성이 더 큽니다.
대동특수강
(1)DAT51(Ti-22V-4Al 합금)
가공성이 우수하고 시효 처리 후 고강도, 고탄성을 가지며 타격구용 표면재 제조에 가장 적합합니다.
(2) 바쿨라 티타늄(DAT55GTi-15V-6Cr-4Al 합금)
특히 타격면의 얇은 벽 재료로 개발된 최신 합금입니다. 강도와 인성은 15-5-3 합금보다 열등하지 않습니다. 반발계수 개선이 기대된다.
NKK
(1)SP-700(Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe + 합금)
앞서 언급했듯이 이 합금은 올해 신제품에서 가장 널리 사용되는 표면재입니다. 티타늄 볼로드 단조에 널리 사용되는 15-3-3-3 합금과 비교할 수 있습니다. 볼헤드용으로 가장 안심할 수 있는 합금입니다. 가공성, 강도, 인성, 볼 감각 및 비용이 우수한 볼 헤드용 티타늄 합금입니다.
스미토모 금속
(1)SAT2041(Ti-20V-3.5Al-1Sn 합금)
최근에는 볼의 표면 재료에 새로운 합금이 많이 사용되었습니다. 냉간 가공성이 우수합니다. 적절한 시효 처리 후 높은 강도와 높은 인성을 얻을 수 있으며 타격감이 좋습니다.
신일본제철
(1) 21S(Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.25Si 합금)
말할 필요도 없이 좋은 가공성, 강도와 인성 사이의 우수한 균형, 최대 1500MPa의 시효 처리 강도, 타격면에 얇은 벽을 가진 새로운 합금으로 사용되기를 희망합니다.
아이치제강
(1) 다공성 순수 티타늄
기존의 가벼운 배트 헤드와 쐐기형 철제 배트 헤드를 사용하여 호평을 받았습니다. 전자는 공을 치는 부드러운 감각을, 후자는 그 회전성을 노리고 있다. 박쥐의 응용은 미래의 주제입니다.
6. 미래의 요구와 신소재
향후 대체 재료는 다음과 같습니다.
(1) 비정질 금속
미숙한 기술로 인해 몰락했습니다. 기본 비정질 금속은 강도가 높고 점도가 우수하며 부식이 적고 가벼운 것이 특징입니다. 그리고 가벼운 무게는 바로 골프 클럽이 원하는 것입니다. 현재 비중이 가벼운 Al, Mg 및 Ti 비정질 금속에 대한 연구가 진행 중이며 전망은 낙관적입니다.
(2) 금속간 화합물
내구성 있는 방열 소재로 연구된 금속간 화합물 중 Ni3Al은 90u 호일 가공에 성공했으며, TiAl도 우주선 본체나 엔진 밸브 소재가 될 것으로 기대된다. 연구도 많고 가능성도 높다.
(3) 형상기억합금, 초탄성합금
작은 탄성 계수, 높은 강도, 우수한 내식성, 높은 반발 타격면 및 완전한 가능성을 가지고 있습니다.
(4) 나노기술
금속의 강도와 인성을 향상시키는 연구는 주목할 만한 분야는 말할 것도 없고 부분적으로 성공적이었습니다.
마지막으로 일본의 골프 클럽 시장 규모는 1,230억 엔이며, 그 중 목제 클럽 655억 엔, 약 240만 개(2001년 추정)로 약 70%를 차지하고 있습니다.
