材料在高尔夫球具中的应用
摘要：本文论述了各种材料在高尔夫球具中的应用，具体有木头，钢铁，钛合金及碳纤维材料这些材料在高尔夫球杆及球头中的应用，并对各种材料在不同部分中的优劣做了叙述。
关键词：材料 高尔夫球杆 球头
1.引言
高尔夫球是一种以棒击球入穴的球类运动，其词意是“在绿地和新鲜氧气中的美好生活”，所以它是一种把享受大自然乐趣、体育锻炼和游戏集于一身的运动。因此，高尔夫球运动普及全世界，并成为贵族运动的代名词，但是它是由一群牧羊人发明的！
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和控制球的飞行距离和飞行方向。为进一步达到这一目标，就需要对高尔夫球具进行设计，即对球头和球杆进行设计。
通常击球距离主要受高尔夫球头的击球面的硬度和抗拉强度影响，唯有这两个性能均较高时，才能确保将更多的挥杆击球力传递给球，使球被击得更远，飞行路线更理想[1]。
高尔夫球球杆性能主要包括：挥杆击球力、球杆抗冲击性、耐腐蚀性、抗变形性等。提高球杆性能的途径很多，最直接、主要的方法就是开发性能优异的新材料，要求材料的比重要轻，而强度、弹性模量、比强度、韧性等性能越高越好。
近年来由于钛合金在航空航天等行业被成功地广泛应用，其低比重、高强度、韧性好、比强度高等优异的性能开始被人们重视，所以人们尝试采用不锈钢与钛合金相结合，生产出内芯为钛合金，外层为不锈钢的复合球杆，这样既减轻了不锈钢球杆的重量，又发挥了钛合金和不锈钢两种材料的各自优点，使球杆的性能有了质的飞跃。随着新材料的不断发展，碳纤维作为一种最新的非金属材料受到了人们的青睐，因此它被作为新材料引入到高尔夫球球杆生产中。用碳纤维缠绕而成的球杆，重量较金属球杆要轻许多，而强度、弹性、耐腐蚀性都很高，所以用它制成的球杆性能非常好。目前也有将碳纤维与钛合金相结合，外层用碳纤维缠绕，内芯用钛合金，综合两种材料的优点，制成的球杆性能也非常好[2]。
2.材料技术在高尔夫球头中的使用
球头材料最初采用木材和低碳钢，所以球头往往被叫做“木头”或“铁头”。“铁头”使用含碳量0.2%的低碳钢锻造，已使用很长时间，70年代初期采用不锈钢， 开始了熔模铸造法， 可以制作出用锻造方法不能制作的头的突出部分(toe)和后跟(heal)以及空壳球头。而且，球头击球面微鼓，有效面积大，无论击球点在哪一部位，球的飞行轨迹弯曲少， 即使击发失误， 球飞行的距离也减少不多。
所以如今的“铁头”都用这种结构形式。
“木头”最初用柿木制作，80年代相继出现了不锈钢制，CFRP( 碳纤增塑)头，90年代钛合金制品登场，15年间发展迅速。用这些材质做“木头”，其显著区别在于它是空心的，或者在内腔填充低密度发泡体。因此球头重心周围惯性矩大， 击球时偏离最佳击球点击打， 球的回转亦少，球的方向性好，飞行距离长。 钛合金球头在市场上十分抢手， 材料以α-β型的6Al-4V 和β型的15V-3Cr-3Sn-3 Al为主，其比强度大，可制作大号球头，体积比是“木头”和“钢头”的1.5倍，但重量相当，体积大惯性矩就大 球路弯曲也减少(表1)。用大头杆击球，运动员有一种容易击到球的安慰感。钛杆柄长111.76～116.84cm，比标准杆109. 22cm长，球头线速大，球的飞行距离也长[3]。
最近人们又发现了两种优质材料：Carpenter AerMet合金钢和Carpenter Custom465不锈钢，它们均是美国Carpenter技术公司开发的两种用于军用航空零件的材料。AerMet合金硬度达HRC54，抗拉强度为2083Mpa，Custom465合金的硬度是HRC51，抗拉强度为1795Mpa。AerMet合金和Custom465合金整体性能均最高，而且成本较钛合金要低，所以，这两种合金是一较理想的球头材料。
3.材料技术在高尔夫球杆中的应用
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。
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。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～56g碳纤维中管同样强度的钢杆，其质量仅为115 g。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，着力提高和改善木杆、铁杆和推杆击球的效果。
3.1 钛合金木杆头
钛合金具有密度小、强度高、耐腐蚀性好等优点，采用钛合金制造的空心球头，其体积可以由早期的190ml 变得更大，甚至超过650ml，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远、更直而没有左右的摇摆。
实现钛合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520ml，球头本体一般采用Ti6Al4V合金铸造，可以设计底部或者打击面开口。根据球员的不同需求来镶嵌底部和打击面的材料和形式。铸造钛球头主要以打击面开口的为主，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合金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。
3.2 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。同样，对于其它铁杆打击面也需要有高的摩擦力。这样，在击球时能较好控制球的滚动，使击球更精确。
3.3 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，将钨块与本体契形
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4.3g/ cm3，而配重钨的密度为19g/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上的优势更为明显[4]。
除了钛合金球杆外，碳纤维增强聚苯硫醚也被用于制造高尔夫球杆。美国新泽西Summit 的高尔夫球杆制造商Phoenixx golf公司选用碳纤维增强线型PPS来制造其3 种新球杆产品。该公司称选用这种增强PPS是因为它同其它纤维增强塑料相比能提高球杆的性能。据Phoenixx公司介绍，线型PPS比支链的PPS更适于制造高尔夫球杆，因为线型PPS具有更高的强度与硬度，易于用铺层工艺加工，并且持久耐用。
4.结束语
高尔夫球的发展对材料的实际应用提出了各种条件和要求，如材料的弹性模量、内耗、密度、强韧性等，这些要求又加速了各种先进材料在高尔夫球杆头中的应用步伐。石墨和纤维增强高分子材料以及钛合金材料都是在高尔夫球杆头中的最新应用，但其又各有利弊，其中钛合金制造的高尔夫球杆头因其既能保证理想的击球性能又能多品种开发，因而存在着巨大的市场前景。
参考文献
[1] 杨炜，罗晓星，钛材在高尔夫球具中的运用剖析，钛工业进展[J]，2006， 23(1):35.
[2] 南海，谢成木，魏华胜，陈润莲，提高高尔夫球球头和球杆性能的途径，新技术新工艺[J]，2000，8:30.
[3] 平海凤，高尔夫球杆材料的演变。
[4] 王兰芳，张海龙等，稀有金属材料与工程[J]，2005，35(3):193，666.
材料在高尔夫球具中的应用
摘要：本文论述了各种材料在高尔夫球具中的应用，具体有木头，钢铁，钛合金及碳纤维材料这些材料在高尔夫球杆及球头中的应用，并对各种材料在不同部分中的优劣做了叙述。
关键词：材料 高尔夫球杆 球头
1.引言
高尔夫球是一种以棒击球入穴的球类运动，其词意是“在绿地和新鲜氧气中的美好生活”，所以它是一种把享受大自然乐趣、体育锻炼和游戏集于一身的运动。因此，高尔夫球运动普及全世界，并成为贵族运动的代名词，但是它是由一群牧羊人发明的！
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和控制球的飞行距离和飞行方向。为进一步达到这一目标，就需要对高尔夫球具进行设计，即对球头和球杆进行设计。
通常击球距离主要受高尔夫球头的击球面的硬度和抗拉强度影响，唯有这两个性能均较高时，才能确保将更多的挥杆击球力传递给球，使球被击得更远，飞行路线更理想[1]。
高尔夫球球杆性能主要包括：挥杆击球力、球杆抗冲击性、耐腐蚀性、抗变形性等。提高球杆性能的途径很多，最直接、主要的方法就是开发性能优异的新材料，要求材料的比重要轻，而强度、弹性模量、比强度、韧性等性能越高越好。
近年来由于钛合金在航空航天等行业被成功地广泛应用，其低比重、高强度、韧性好、比强度高等优异的性能开始被人们重视，所以人们尝试采用不锈钢与钛合金相结合，生产出内芯为钛合金，外层为不锈钢的复合球杆，这样既减轻了不锈钢球杆的重量，又发挥了钛合金和不锈钢两种材料的各自优点，使球杆的性能有了质的飞跃。随着新材料的不断发展，碳纤维作为一种最新的非金属材料受到了人们的青睐，因此它被作为新材料引入到高尔夫球球杆生产中。用碳纤维缠绕而成的球杆，重量较金属球杆要轻许多，而强度、弹性、耐腐蚀性都很高，所以用它制成的球杆性能非常好。目前也有将碳纤维与钛合金相结合，外层用碳纤维缠绕，内芯用钛合金，综合两种材料的优点，制成的球杆性能也非常好[2]。
2.材料技术在高尔夫球头中的使用
球头材料最初采用木材和低碳钢，所以球头往往被叫做“木头”或“铁头”。“铁头”使用含碳量0.2%的低碳钢锻造，已使用很长时间，70年代初期采用不锈钢， 开始了熔模铸造法， 可以制作出用锻造方法不能制作的头的突出部分(toe)和后跟(heal)以及空壳球头。而且，球头击球面微鼓，有效面积大，无论击球点在哪一部位，球的飞行轨迹弯曲少， 即使击发失误， 球飞行的距离也减少不多。
所以如今的“铁头”都用这种结构形式。
“木头”最初用柿木制作，80年代相继出现了不锈钢制，CFRP( 碳纤增塑)头，90年代钛合金制品登场，15年间发展迅速。用这些材质做“木头”，其显著区别在于它是空心的，或者在内腔填充低密度发泡体。因此球头重心周围惯性矩大， 击球时偏离最佳击球点击打， 球的回转亦少，球的方向性好，飞行距离长。 钛合金球头在市场上十分抢手， 材料以α-β型的6Al-4V 和β型的15V-3Cr-3Sn-3 Al为主，其比强度大，可制作大号球头，体积比是“木头”和“钢头”的1.5倍，但重量相当，体积大惯性矩就大 球路弯曲也减少(表1)。用大头杆击球，运动员有一种容易击到球的安慰感。钛杆柄长111.76～116.84cm，比标准杆109. 22cm长，球头线速大，球的飞行距离也长[3]。
最近人们又发现了两种优质材料：Carpenter AerMet合金钢和Carpenter Custom465不锈钢，它们均是美国Carpenter技术公司开发的两种用于军用航空零件的材料。AerMet合金硬度达HRC54，抗拉强度为2083Mpa，Custom465合金的硬度是HRC51，抗拉强度为1795Mpa。AerMet合金和Custom465合金整体性能均最高，而且成本较钛合金要低，所以，这两种合金是一较理想的球头材料。
3.材料技术在高尔夫球杆中的应用
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。
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。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～56g碳纤维中管同样强度的钢杆，其质量仅为115 g。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，着力提高和改善木杆、铁杆和推杆击球的效果。
3.1 钛合金木杆头
钛合金具有密度小、强度高、耐腐蚀性好等优点，采用钛合金制造的空心球头，其体积可以由早期的190ml 变得更大，甚至超过650ml，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远、更直而没有左右的摇摆。
实现钛合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520ml，球头本体一般采用Ti6Al4V合金铸造，可以设计底部或者打击面开口。根据球员的不同需求来镶嵌底部和打击面的材料和形式。铸造钛球头主要以打击面开口的为主，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合金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。
3.2 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。同样，对于其它铁杆打击面也需要有高的摩擦力。这样，在击球时能较好控制球的滚动，使击球更精确。
3.3 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，将钨块与本体契形
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4.3g/ cm3，而配重钨的密度为19g/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上的优势更为明显[4]。
除了钛合金球杆外，碳纤维增强聚苯硫醚也被用于制造高尔夫球杆。美国新泽西Summit 的高尔夫球杆制造商Phoenixx golf公司选用碳纤维增强线型PPS来制造其3 种新球杆产品。该公司称选用这种增强PPS是因为它同其它纤维增强塑料相比能提高球杆的性能。据Phoenixx公司介绍，线型PPS比支链的PPS更适于制造高尔夫球杆，因为线型PPS具有更高的强度与硬度，易于用铺层工艺加工，并且持久耐用。
4.结束语
高尔夫球的发展对材料的实际应用提出了各种条件和要求，如材料的弹性模量、内耗、密度、强韧性等，这些要求又加速了各种先进材料在高尔夫球杆头中的应用步伐。石墨和纤维增强高分子材料以及钛合金材料都是在高尔夫球杆头中的最新应用，但其又各有利弊，其中钛合金制造的高尔夫球杆头因其既能保证理想的击球性能又能多品种开发，因而存在着巨大的市场前景。
参考文献
[1] 杨炜，罗晓星，钛材在高尔夫球具中的运用剖析，钛工业进展[J]，2006， 23(1):35.
[2] 南海，谢成木，魏华胜，陈润莲，提高高尔夫球球头和球杆性能的途径，新技术新工艺[J]，2000，8:30.
[3] 平海凤，高尔夫球杆材料的演变。
[4] 王兰芳，张海龙等，稀有金属材料与工程[J]，2005，35(3):193，666.