摘要
法规对恢复系数（COR ≤ 0.830）和特征时间（CT ≤ 239 μs）的限制限制了基于宏观几何结构的Ti-6Al-4V驱动头的性能提升，而反复的高速循环冲击会导致表面微磨损、反弹效率下降以及疲劳微裂纹的产生。本研究探讨了利用超声纳米晶表面改性（UNSM）技术在锻造退火的Ti-6Al-4V合金驱动头上制备纳米结构表面层。UNSM将粗大的α+β晶粒（约10 μm）细化为50–200 nm的纳米级表层，使实验室测试样品的表面硬度提高了32.4%（从340 HV提高到450 HV），实际460 cc驱动头的表面硬度提高了10.8%（从285 HV提高到316 HV），同时产生了-1,120 MPa的深压缩残余应力（增加了148.9%），并将表面粗糙度（Ra）降低了87.5%（从0.80 μm降至0.10 μm）。销盘摩擦试验表明摩擦系数降低了33.3%（从0.9降至0.6），并且氧化磨损现象减轻。摆动机器人测试（速度为100英里/小时）显示，总行驶距离增加了8.16米（从264.50米增加到272.66米，p = 0.022），侧向旋转速度从-375.89转/分钟降至-324.45转/分钟（p = 0.023）。对疲劳老化的驱动头进行的人体测试显示其性能完全恢复（“重启效应”）：球速提高了0.98至1.77米/秒（平均提升1.42米/秒），击球距离增加了7.33至9.62米（平均提升8.26米），击球 dispers 离散标准差（SD）降低了38.4%（从12.45米降至7.66米）。在偏心撞击（击球点偏离中心5.6毫米）的情况下，由于次表面压缩残余应力和高弹性恢复作用，过度旋转得到了抑制。这项研究证明了UNSM是一种科学有效的方法，能够提升高端钛制高尔夫设备的性能并延长其使用寿命。通过UNSM技术对设备进行翻新后，设备的使用寿命翻倍，避免了初次钛冶炼的过程，并减少了每吨金属产生的20.0至32.0吨二氧化碳排放，从而支持了体育制造领域的可持续循环经济发展。
