(57)【要約】      （修正有）【課題】多材質治工具およびその作製方法を提供する。【解決手段】多材質治工具１００および多材質治工具を作製する方法が提供される。多材質治工具は、最大３０ＨＲＣの硬度（ロックウェルＣスケール）を有する第１材料から形成されるコア１０と、コアに隣接するシェル層２０とを含む。シェル層は、３３ＨＲＣ〜７０ＨＲＣの硬度を有する第２材料から形成される。多材質治工具を作製する方法は、コアを形成するために付加的製造技術を用いて第１材料の第１の層を堆積することを含む。コアを形成する第１材料は最大３０ＨＲＣの硬度を有する。方法はまた、コアに隣接するシェル層を形成するために第２材料の第２の層を堆積することを含む。シェル層を形成する第２材料は、３３ＨＲＣ〜７０ＨＲＣの硬度を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアを形成するために付加的製造技術を用いて最大３０ＨＲＣの硬度を有する第１材料を堆積すること、および
前記コアの少なくとも一部に隣接するシェル層を形成するために３３ＨＲＣ〜７０ＨＲＣの硬度を有する第２材料を堆積すること
を含む多材質治工具を作製する方法。
【請求項２】
前記第１材料が低合金鋼を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２材料が、ナノ構造鋼、炭化クロム合金、コバルト合金、マルテンサイト系ステンレス鋼、マルエージング鋼、および工具鋼の１つまたは複数を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１材料が１５ＨＲＣ〜３０ＨＲＣの硬度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第２材料が３８ＨＲＣ〜６８ＨＲＣの硬度を有する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第２材料が付加的製造技術、溶射プロセスおよびそれらの組み合わせを用いて堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
少なくとも部分的に前記シェル層と前記コアとの間に配置される移行層を形成するために付加的製造技術を用いて第３材料を堆積することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第３材料がオーステナイト系ステンレス鋼を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
最大３０ＨＲＣの硬度を有する第１材料を含むコアと、
前記コアの少なくとも一部に隣接するシェル層であって３３ＨＲＣ〜７０ＨＲＣの硬度を有する第２材料を含むシェル層と
を含む多材質治工具。
【請求項１０】
前記第１材料が低合金鋼を含む、請求項９に記載の多材質治工具。
【請求項１１】
前記第２材料が、ナノ構造鋼、炭化クロム合金、コバルト合金、マルテンサイト系ステンレス鋼、マルエージング鋼、および工具鋼の１つまたは複数を含む、請求項９に記載の多材質治工具。
【請求項１２】
前記第１材料が１５ＨＲＣ〜３０ＨＲＣの硬度を有する、請求項９に記載の多材質治工具。
【請求項１３】
前記第２材料が３８ＨＲＣ〜６８ＨＲＣの硬度を有する、請求項１２に記載の多材質治工具。
【請求項１４】
少なくとも部分的に前記シェル層と前記コアとの間に配置された移行層をさらに含み、前記移行層が第３材料を含む、請求項９に記載の多材質治工具。
【請求項１５】
前記第３材料がオーステナイト系ステンレス鋼を含む、請求項１４に記載の多材質治工具。
【請求項１６】
コアを形成するために付加的製造技術を用いて最大３０ＨＲＣの硬度を有する第１材料を堆積すること、
シェル層を形成するために３３ＨＲＣ〜７０ＨＲＣの硬度を有する第２材料を堆積すること、および
少なくとも部分的に前記シェル層と前記コアとの間に配置される移行層を形成するために、付加的製造技術を用いて、前記第１材料および前記第２材料と少なくとも部分的に可溶性である第３材料を堆積すること
を含む、多材質治工具を作製する方法。
【請求項１７】
前記第１材料が低合金鋼を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２材料が、ナノ構造鋼、炭化クロム合金、コバルト合金、マルテンサイト系ステンレス鋼、マルエージング鋼、および工具鋼の１つまたは複数を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１材料が１５ＨＲＣ〜３０ＨＲＣの硬度を有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記第３材料がオーステナイト系ステンレス鋼を含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は２０１７年１１月２９日に出願された米国仮特許出願第６２／５９２，０４５号明細書に基づく優先権およびその利益を主張し、その開示内容全体は参照により完全に本明細書に組み込まれる。
【０００２】
一般的発明概念は治工具および治工具の作製方法に関する。より詳細には、一般的発明概念は、多材質治工具と、付加的製造技術を用いた多材質治工具の作製方法とに関する。
【背景技術】
【０００３】
治工具（例えばダイ、モールド、工作機械、切削工具、ゲージ、治具、固定具、パターン）は、単一材料片から機械加工される非常に硬質の材料から作製されることが多い。典型的に、使用中に治工具の異なる領域が受ける応力および温度にはかなりの差がある。そのような硬質の治工具は、治工具を形成するために使用される硬質材料の高炭素含量（典型的に０．２％超）のために亀裂が入りやすい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、十分に硬いが亀裂により抵抗性のある治工具が依然必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一般的発明概念は多材質治工具および多材質治工具を作製する方法に関する。一般的発明概念の様々な態様を示すために、多材質治工具のいくつかの例示的な実施形態および多材質治工具を作製する関連の方法が開示される。
【０００６】
１つの例示的な実施形態において、多材質治工具を作製する方法が提供される。方法は、コアを形成するために付加的製造技術を用いて第１材料を堆積することを含む。コアを形成する第１材料は最大３０ＨＲＣの硬度（ロックウェルＣスケール）を有する。方法はまた、コアに隣接するシェル層を形成するために第２材料を堆積することを含む。シェル層を形成する第２材料は、３３ＨＲＣ〜７０ＨＲＣの硬度を有する。
【０００７】
１つの例示的な実施形態において、多材質治工具が提供される。多材質治工具は、最大３０ＨＲＣの硬度を有する第１材料を含むコアと、コアに隣接するシェル層とを含む。シェル層は３３ＨＲＣ〜７０ＨＲＣの硬度を有する第２材料を含む。
【０００８】
１つの例示的な実施形態において、多材質治工具を作製する方法が提供される。方法は、コアを形成するために付加的製造技術を用いて第１材料を堆積することを含む。コアを形成する第１材料は最大３０ＨＲＣの硬度を有する。方法はまた、シェル層を形成するために第２材料を堆積することを含む。シェル層を形成する第２材料は、３３ＨＲＣ〜７０ＨＲＣの硬度を有する。方法はさらに、少なくとも部分的にシェル層とコアとの間に配置される移行層を形成するために付加的製造技術を用いて第３材料を堆積することを含む。第３材料は第１材料および第２材料と少なくとも部分的に可溶性である。
【０００９】
一般的発明概念の他の態様、利点および特徴は、以下の詳細な記載および添付の図面から、当業者に明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示による多材質治工具の実施形態の概略図である。
【図２】本開示による多材質治工具の実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
一般的発明概念は多くの異なる形態での具体化が可能であるが、本明細書にはその詳細な特定の実施形態において記載され、ここで本開示は一般的発明概念の原理の例とみなすべきであることが理解される。したがって、一般的発明概念を本明細書に示される特定の実施形態に制限するつもりはない。
【００１２】
本開示は、例示的な多材質治工具および多材質治工具を作製する方法を記載する。本開示の例示的な方法は、多材質治工具の少なくとも一部を形成するために付加的製造技術を利用する。一般に、本開示の多材質治工具は、高温および／または低温環境下に使用可能であり、衝撃、摩耗、変形、腐食、熱衝撃、および浸食の１つまたは複数に耐性があり得る。本開示の多材質治工具の例示的な用途は、限定しないが、高温または低温プロセスを介した金属のスタンピング、鍛造、または鋳造、金属またはプラスチックの押出し、およびガラス繊維または炭素繊維を伴うプロセス（例えば繊維裁断作業）を含む。
【００１３】
前述のように、従来の治工具は、単一材料片から機械加工された非常に硬質の材料から作製されることが多い。多くの用途において、治工具の表面の一部だけが高い応力および極端な温度を直接受ける可能性がある一方、治工具の残りの部分はそのような高い応力および極端な温度を受けない。しかしながら、これらの非常に硬質の材料は靱性を欠くことが多く、欠けやすくまた亀裂が入りやすい。本開示の多材質治工具および方法は、最大３０ＨＲＣの硬度（ロックウェルＣスケール）を有する第１材料を使用して多材質治工具のコアを形成することによって、および３３ＨＲＣ〜７０ＨＲＣの硬度を有する第２材料を使用してコアに隣接するシェル層を形成することによって、従来の治工具に関連する欠点に対処する。一般に、コアを形成する第１材料は、シェル層を形成する第２材料よりも高い靱性を有し、また延性がより高く、硬度がより低い。コアはシェル層よりも高い延性を有し、シェル層はコアよりも硬いので、コアは多材質治工具を圧縮応力の状態にし、その結果、多材質治工具は、全体的に非常に硬質の材料から形成された治工具と比較して、大幅に亀裂が入りにくくなるまたは破損しにくくなる。
【００１４】
本開示の一態様において、多材質治工具を作製する方法が提供される。方法はコアを形成するために付加的製造技術を用いて第１材料を堆積することを含む。第１材料は最大３０ＨＲＣの硬度を有する。同じく方法はコアに隣接するシェル層を形成するために第２材料を堆積することを含む。第２材料は３３ＨＲＣ〜７０ＨＲＣの硬度を有する。
【００１５】
一般に、多材質治工具のコアは、付加的製造技術によって実行された多数のパスにおいて堆積された第１材料の蓄積層を含む。様々な付加的製造技術がコアを形成するべく第１材料を堆積するために使用されてもよい。付加的製造技術は粉末フィードストックを使用する粉末ベース技術またはワイヤフィードストックを使用するワイヤ供給技術であり得る。したがって、本開示の方法で使用される材料（すなわち第１材料、第２材料および第３材料）は、粉末形態および／またはワイヤ形態であり得る。
【００１６】
本開示の方法で使用され得る例示的な粉末ベース付加的製造技術は、限定することなく、レーザ金属堆積、レーザ設計ネットシェイプ、電子ビーム溶融、粉末供給有向エネルギー堆積、選択的レーザ焼結、および直接金属レーザ焼結を含む。粉末ベース付加的製造技術は、エネルギー源（例えばレーザビーム、電子ビーム）を使用して粉末材料を焼結または溶融することによって物品を層ごとに蓄積する。特定の粉末ベース付加的製造技術において、エネルギー源によって焼結または溶融される粉末材料は、貯蔵容器によって供給され、塗り重ね機を用いて蓄積プレート上に均一に広げられ、粉末材料を所望のレベルに維持し、所望レベルより上に延びる余分な粉末材料を取り除く。エネルギー源は、スキャナシステム（例えばガルボスキャナ（ｇａｌｖｏ  ｓｃａｎｎｅｒ））の制御下に蓄積される物品の断面層を焼結または溶融する。層が完成した後、蓄積プレートは降下され、別の粉末層が蓄積プレート上に広げられ、物品が蓄積され、その後、エネルギー源による粉末材料の連続的な焼結／溶融が続く。プロセスは、焼結／溶融された粉末材料から物品が完全に蓄積されるまで繰り返される。エネルギー源は、プロセッサおよびメモリを含むコンピュータシステムによって制御されてもよい。コンピュータシステムは、層ごとに（例えばコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）モデルファイルに基づいて）スキャンパターンを決定し、スキャンパターンに従って粉末材料を焼結／溶融するためにエネルギー源を制御してもよい。
【００１７】
他の粉末ベース付加的製造技術において、物品は、ノズルを介して供給される粉末材料を焼結または溶融することによってスタック層状に蓄積される。特定のシステムにおいて、粉末材料は、シールドガスと一緒に供給され得る。粉末材料が供給されるとき、粉末材料はエネルギー源（例えばレーザビーム、電子ビーム）によって溶融プールに焼結または溶融される。物品は基板上に蓄積されてもよく、基板は物品が蓄積された後で取り除くことができる。エネルギー源が粉末材料を溶融／焼結するときに形成される溶融プールは、固化して物品の少なくとも一部を形成する。粉末供給付加的製造装置、基板のいずれか、または両方は、物品が複数の蓄積層から完全に蓄積されるまで、基板の任意の部分上でおよび／または物品の先に固化した部分上で粉末材料を溶融するために降下および／または移動されてもよい。エネルギー源はプロセッサおよびメモリを含むコンピュータシステムによって制御されてもよい。コンピュータシステムは、溶融プールごとに所定のパスを、その後、（例えばコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）モデルファイルに基づいて）形成されるべき固化層を決定し、予めプログラムされたパスに従って粉末材料を焼結／溶融するためにエネルギー源を制御してもよい。
【００１８】
例示的なワイヤ供給付加的製造技術は、限定することなく、レーザワイヤ金属堆積、ワイヤアーク付加的製造、電子ビーム付加的製造、および自動溶接を含む。一般に、従来のワイヤ供給付加的製造装置は、ワイヤ供給装置によって供給されるワイヤフィードストック材料を供給し、ワイヤフィードストック材料を溶融することによって層ごとに物品を蓄積するように構成可能である。物品を物理的に蓄積する前に、付加的製造プロセスは、しばしば、画像を表すコンピュータ支援（ＣＡＤ）ファイルの作成または所望の物品の描画で開始する。コンピュータを使用すると、この物品画像ファイルに関する情報が、物品の個々の層に対応する情報を識別するなどして、抽出される。したがって、付加的製造によって物品を形成するために必要なデータを導出するために、物品は多数の薄い層へ概念的にスライスされ、各層の輪郭は折れ線を形成するために接続される複数の線セグメントまたはデータポイントによって決定される。層データは、Ｇコード、Ｍコードまたはそれらに類するものなどのコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）コードによってまたはその形態で操作されるデータなど、適切な治工具パスデータに変換されてもよい。これらのコードは、物品を層ごとに構築するためにワイヤ供給付加的製造装置を制御するために使用されてもよい。
【００１９】
ワイヤ供給付加的製造技術において、物品を蓄積するために使用されるワイヤフィードストック材料は、エネルギー源（例えば電子ビーム、レーザビーム、電気アーク）を用いて溶融される。物品の蓄積は蓄積基板上で行われてもよい。エネルギー源は、溶融プールを形成するためにワイヤフィードストック材料を溶融し、溶融プールはその部品の少なくとも一部を形成するために固化する。ワイヤ供給付加的製造装置、基板、またはそれらの両方は、上昇、下降、または別の方法で移動されてもよく、この間、溶融されたワイヤフィードストック材料から形成された複数の層から物品が完全に蓄積されるまで、ワイヤフィードストック材料を基板の任意の部分上でおよび／または先に固化した部分上で溶融する。エネルギー源は、プロセッサおよびメモリを含むコンピュータシステムによって典型的に制御される。コンピュータシステムは、形成すべき溶融プールおよびその後固化される層ごとに所定のパスを決定し、エネルギー源は、予めプログラムされたパスに従ってワイヤフィードストック材料を溶融する。
【００２０】
実施形態において、コアを形成するべく第１材料を堆積するために使用される付加的製造技術は、粉末ベース付加的製造技術、ワイヤ供給付加的製造技術、または粉末ベース付加的製造技術およびワイヤ供給付加的製造技術の組み合わせを含む。前述の粉末ベース付加的製造技術およびワイヤ供給付加的製造技術のいずれかが、多材質治工具のコアを形成するべく第１材料を堆積するために本開示の方法において使用されてよい。
【００２１】
実施形態において、本開示の方法は、コアを形成するために第１材料を蓄積した後、除去的製造技術を適用することをさらに含んでもよい。実施形態において、本開示の方法は、第１材料を蓄積した後、コアを完全に形成する前（例えば第１材料の１つまたは複数の層が堆積された後、第１材料の各層が堆積された後）に、除去的製造技術を適用することをさらに含んでもよい。様々な除去的製造技術が本開示の方法で使用されてもよい。例示的な除去的製造技術は、限定しないが、ミーリング、旋削、およびドリル加工を含む。そのような除去的製造技術は当業者に周知であり、例えば、従来型ＣＮＣ機械を使用して実行されてもよい。したがって、除去的製造技術の適用を含む本開示の実施形態において、除去的製造技術は、ミーリング、旋削、ドリル加工またはそれらの組み合わせを含む。
【００２２】
本開示の方法はまた、コアの少なくとも一部に隣接するシェル層を形成するために第２材料を堆積することを含む。実施形態において、シェル層は、コアの一部の上に直接第２材料を堆積するなどして、コアに直接隣接してもよい。実施形態において、シェル層は、コアの一部の上に先に堆積された材料（例えば移行層）の上に第２材料を堆積するなどして、コアに間接的に隣接してもよい。実施形態において、シェル層は、コアに直接隣接する部分とコアに間接的に隣接する部分とを有してもよい。
【００２３】
様々な技術が、本開示の多材質治工具のシェル層を形成するべく第２材料を堆積するために使用されてもよい。実施形態において、第２材料は、付加的製造技術を用いて堆積されてもよい。実施形態において、シェル層を形成するべく第２材料を堆積するために使用される付加的製造技術は、粉末ベース付加的製造技術、ワイヤ供給付加的製造技術、または粉末ベース付加的製造技術およびワイヤ供給付加的製造技術の組み合わせを含む。前述の粉末ベース付加的製造技術およびワイヤ供給付加的製造技術のいずれも、多材質治工具のシェル層を形成するべく第２材料を堆積するために本開示の方法において使用されてよい。
【００２４】
実施形態において、第２材料は溶射プロセスを用いて堆積されてもよい。本開示の方法で使用するのに適した例示的な溶射プロセスは、限定しないが、プラズマ溶射、爆発溶射、ワイヤアーク溶射、火炎溶射、高速酸素燃料溶射、高速空気燃料溶射、温間噴霧、および冷間噴霧を含む。
【００２５】
実施形態において、本開示の方法は、シェル層を形成するために、第２材料を堆積した後、除去的製造技術を適用することをさらに含んでもよい。実施形態において、本開示の方法は、第２材料を堆積した後、シェル層を完全に形成する前（例えば第２材料の１つまたは複数の層が堆積された後、第２材料の各層が堆積された後）に、除去的製造技術を適用することをさらに含んでもよい。上記の除去的製造技術のいずれか１つまたは複数が、シェル層の一部を取り除くまたは仕上げるために使用されてもよい。
【００２６】
簡単に触れたように、多材質治工具のコアを形成する第１材料は、多材質治工具の硬質シェル層を形成する第２材料よりも高い靱性を有し、より延性であり、より硬度が低い。したがって、コアは多材質治工具を圧縮応力状態に置き、その結果、多材質治工具は、非常に硬い材料から完全に形成された治工具と比較して亀裂がかなり入りにくい。加えて、冷却プロセスまたは加熱プロセスが、多材質治工具の所望の機械的特性を向上させるために使用されてもよい。例えば、溶融プール冷却速度は、第１材料および／または第２材料を堆積するときに制御または修正されてもよい。冷却速度を制御するための方法の例は、限定しないが、パス／層堆積の間の吹込み空気／強制対流の適用、および堆積後に水で冷やされてもされなくてもよい銅ブロックまたはローラの使用を含む。さらに、コアおよび／または完成された多材質治工具は、製造後熱処理、冷却処理または熱処理および冷却処理の両方にかけられてもよい。したがって、実施形態において、本開示の方法は、冷却処理、熱処理または冷却処理および熱処理の両方をさらに含んでもよく、そのような冷却処理および／または熱処理は、多材質治工具の作製中、コアが作製された後、および／または多材質治工具全体が作製された後、実行されてもよい。
【００２７】
本開示の別の態様において、多材質治工具を作製する方法が提供される。方法は、コアを形成するために付加的製造技術を使用して第１材料を堆積することを含む。第１材料は最大３０ＨＲＣの硬度を有する。加えて、方法は、シェル層を形成するために第２材料を堆積することを含む。第２材料は３３ＨＲＣ〜７０ＨＲＣの硬度を有する。方法はまた、シェル層とコアとの間に少なくとも部分的に配置される移行層を形成するために付加的製造技術を用いて第３材料を堆積することを含む。第３材料は第１材料および第２材料と少なくとも部分的に可溶性である。
【００２８】
多材質治工具のコアを形成するための第１材料の堆積に関する先の記載および多材質治工具のシェル層を形成するための第２材料の堆積に関する先の記載は、本開示の本態様に等しく当てはまる。加えて、先に記載された付加プロセスステップのいずれか１つまたは複数（例えば、除去的製造技術、熱処理、冷却処理の適用）が、本開示の本態様における移行層の形成に関して利用されてもよい。
【００２９】
上記のように、本開示の方法はまた、少なくとも部分的にシェル層とコアとの間に配置される移行層を形成するために付加的製造技術を用いて第３材料を堆積することを含んでもよい。実施形態において、第３材料は、移行層を形成するためにコアの少なくとも一部の上に堆積されてもよく、第２材料は、多材質治工具のシェル層を形成するために移行層の少なくとも一部の上に堆積されてもよい。第３材料は第１材料および第２材料と少なくとも部分的に可溶性なので、第３材料は第１材料および第２材料とよく結合する。
【００３０】
実施形態において、移行層を形成するために第３材料を蓄積するために使用される付加的製造技術は、粉末ベース付加的製造技術、ワイヤ供給付加的製造技術、または粉末ベース付加的製造技術およびワイヤ供給付加的製造技術の組み合わせを含む。前述の粉末ベース付加的製造技術およびワイヤ供給付加的製造のいずれかが、多材質治工具の移行層を形成するためにコアの少なくとも一部の上に第３材料を堆積するために本開示の方法で使用されてもよい。実施形態において、第３材料を堆積するために使用される付加的製造技術は、第１材料を堆積するために使用される付加的製造技術と同じである。実施形態において、第３材料を堆積するために使用される付加的製造技術は、第１材料を堆積するために使用される付加的製造技術と異なる。
【００３１】
本開示の別の態様において、多材質治工具が提供される。図１をここで参照すると、多材質治工具１００は、最大３０ＨＲＣの硬度を有する第１材料を含むコア１０と、コア１０の少なくとも一部に隣接するシェル層２０とを含む。シェル層２０は、３３ＨＲＣ〜７０ＨＲＣの硬度を有する第２材料を含む。多材質治工具１００のコア１０は上記のように付加的製造技術を用いて形成されるので、コア１０は、費用のかかる第２のプロセス（これはそのような治工具をひどく高価なものにするであろう）を通常であれば必要とし得る複雑な幾何学的形状と非常に細かい特徴部とを有するように作製することができる。本開示の方法を使用すると、コア１０は多材質治工具１００のほぼネットシェイプに作製することができる。一般に、多材質治工具１００のコア１０は、多材質治工具１００の大部分を構成する。図１はコア１０の１つの表面に隣接するまたは他の方法で接合するシェル層２０を示しているが、シェル層２０は、シェル層２０がコア１０全体をカバーまたはコートするようにコア１０の１つより多くの表面（全表面を含む）に隣接するまたは他の方法で接合し得ることが考えられる。
【００３２】
多材質治工具１００のシェル層２０は、治工具を用いた作業（例えば切削、スタンピング、成型、鍛造、鋳造、プレス作業、押出し）を実行する場合、高応力、高負荷、高衝撃および極端な温度を受ける多材質治工具１００の部分に対応し得る。実施形態において、シェル層２０は、最大２．５４ｃｍの厚さを有してもよく、それには０．０３９ｃｍから２．５４ｃｍまで、０．０７９ｃｍから２．５４ｃｍまで、０．１５ｃｍから２．５４ｃｍまで、０．３１ｃｍから２．５４ｃｍまで、０．６３ｃｍから２．５４ｃｍまで、１．２７ｃｍから２．５４ｃｍまでが含まれ、およびまた１．９ｃｍから２．５４ｃｍまでが含まれる。実施形態において、シェル層２０は、０．０３９ｃｍから２．５４ｃｍまで、０．０３９ｃｍから１．９ｃｍまで、０．０３９ｃｍから１．２７ｃｍまで、０．０３９ｃｍから０．６３ｃｍまで、０．０３９ｃｍから０．３１ｃｍまで、０．０３９ｃｍから０．１５ｃｍまでの厚さ、およびまた０．０３９ｃｍから０．０７９ｃｍまでを含む厚さを有してもよい。
【００３３】
本開示によれば、多材質治工具１００のコア１０は、最大３０ＨＲＣの硬度を有する第１材料を含む。実施形態において、第１材料は、１５ＨＲＣから３０ＨＲＣまでの硬度を有し、それには１８ＨＲＣから３０ＨＲＣまで、２０ＨＲＣから３０ＨＲＣまでが含まれ、同じく２５ＨＲＣから３０ＨＲＣまでが含まれる。第１材料は各材料の硬度が３０ＨＲＣを超えない限り１種または複数種の材料を含んでもよいことを理解されたい。さらに、本明細書に記載される硬度の値は、その最終形態の（例えば、堆積されたままの、または製造後熱処理の後の）材料の硬度に対応する。
【００３４】
一般に、第１材料は、付加的製造技術を介して容易に堆積し、強靭、延性であり、負荷および衝撃に耐えることができ、亀裂に抵抗性がある。本開示による第１材料としての使用に適した材料のクラスの一例として、限定しないが、低合金鋼が挙げられる。一般に、低合金鋼は、１０重量％未満の合金要素および少なくとも９０重量％のＦｅを含有する。本開示による第１材料としての使用に適した低合金鋼の一例は、約０．５重量％のＣ、約１．５重量％のＭｎ、約０．４重量％のＳｉ、約１．９重量％のＮｉ、約０．４重量％のＭｏ、約０．１重量％のＣｕ、約０．０２重量％のＴｉ、および残りがＦｅおよび付随的な不純物の化学組成を有する。低合金鋼は一般に高い強度（例えば５５２ＭＰａを超える極限の引っ張り強さ）と、高い靱性（例えば２７Ｎ−ｍを超える−１７．７８℃でのシャルピーＶノッチ靱性）とを示し、この靱性により低合金鋼は本開示の多材質治工具のコアを形成する第１材料として使用するのに特に適したものになる。
【００３５】
本開示によれば、多材質治工具１００のシェル層２０は、３３ＨＲＣ〜７０ＨＲＣの硬度を有する第２材料を含む。実施形態において、第２材料は、３５ＨＲＣ〜７０ＨＲＣの硬度を有し、それには３８ＨＲＣから６８ＨＲＣまで、４０ＨＲＣから６６ＨＲＣまで、４５ＨＲＣから６６ＨＲＣまで、５０ＨＲＣから６５ＨＲＣまでが含まれ、同じく５０ＨＲＣから６０ＨＲＣまでが含まれる。第２材料は、各材料の硬度が３３ＨＲＣから７０ＨＲＣまでである限り１種または複数種の材料を含んでもよいことを理解されたい。
【００３６】
一般に、第２材料は、摩耗抵抗性、摩滅抵抗性、腐食抵抗性、温度抵抗性、またはそれらの組み合わせであり得る硬質材料であり、多材質治工具１００の特定の機能（例えば切削、スタンピング、成型、鍛造、鋳造、プレス加工、押出し）を実行するのによく適している硬質材料である。本開示による第２材料としての使用に適した例示的な材料は、限定しないが、ナノ構造鋼、炭化クロム合金、マルテンサイト系ステンレス鋼、コバルト合金、マルエージング鋼、および工具鋼を含む。
【００３７】
実施形態において、第２材料はマルテンサイト系ステンレス鋼を含んでもよい。第２材料としての使用に適したマルテンサイト系ステンレス鋼の例は、限定しないが、４１０ステンレス鋼および４２０ステンレス鋼を含む。４１０ステンレス鋼および４２０ステンレス鋼は、粉末形態またはワイヤ形態であってもよい。
【００３８】
実施形態において、第２材料は、コバルト合金を含んでもよい。第２材料として使用するためのコバルト合金は、コバルト１合金、コバルト６合金、コバルト１２合金、およびコバルト２１合金などの高コバルト含有量（例えば＞２０重量％Ｃｏ）を有し得る。それらの希釈されない堆積されたままの形態のそのようなコバルト合金の化学組成が以下に表１に挙げられている。コバルト合金は粉末形態またはワイヤ形態であってもよい。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
実施形態において、第２材料はマルエージング鋼を含んでもよい。本開示による第２材料としての使用に適した例示的なマルエージング鋼は、限定しないが、グレード２５０マルエージング鋼、グレード３００マルエージング鋼、およびグレード３５０マルエージング鋼を含む。そのようなマルエージング鋼の化学組成が以下、表２に提供されている。マルエージング鋼は粉末形態またはワイヤ形態であってもよい。
【００４１】
【表２】
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【００４２】
実施形態において、第２材料は工具鋼を含んでもよい。本開示による第２材料としての使用に適した例示的な工具鋼は、限定しないが、Ｈ−１３工具鋼およびＰ２０工具鋼を含む。工具鋼は粉末形態またはワイヤ形態であってもよい。
【００４３】
ここで図２を参照すると、本開示の別の態様による多材質治工具１００の実施形態が示されている。図２で見られるように、多材質治工具１００は、コア１０と、シェル層２０と、コア１０およびシェル層２０の間に少なくとも部分的に配置された移行層３０とを含む。コア１０は、最大３０ＨＲＣの硬度を有する第１材料を含み、シェル層２０は、３５ＨＲＣ〜７０ＨＲＣの硬度を有する第２材料を含み、そのそれぞれは先に記載した実施形態のいずれかに対応し得る。図２はコア１０の１つの表面に堆積され配置された移行層３０と、移行層３０の１つの表面に堆積され配置されたシェル層２０とを示しているが、移行層３０はコア１０の１つより多い表面の上（すべての表面の上を含む）に堆積または別の方法で配置されてもよいこと、およびシェル層２０は移行層３０の１つより多い表面の上（すべての表面の上を含む）に堆積または別の方法で配置されてもよいことが考えられる。移行層３０はコア１０の一部の上にのみ堆積または別の方法で配置されてもよいこと、およびシェル層２０はシェル層２０が移行層３０のすべての外面をカバーまたはコートするように移行層３０のすべての外面上に堆積または他の方法で配置されてもよいことも考えられる。
【００４４】
多材質治工具１００の移行層３０はエネルギー（例えば負荷）をシェル層２０からコア１０へ効果的に移すように機能し、これにより多材質治工具１００が治工具を用いた作業を実行するときにシェル層２０に亀裂が入るまたは別の方法で破損する可能性が低減される。実施形態において、移行層３０は、最大２．５４ｃｍの厚さを有してもよく、それには０．０３９ｃｍから２．５４ｃｍまで、０．０７９ｃｍから２．５４ｃｍまで、０．１５ｃｍから２．５４ｃｍまで、０．３１ｃｍから２．５４ｃｍまで、０．６３ｃｍから２．５４ｃｍまで、１．２７ｃｍから２．５４ｃｍまでが含まれ、およびまた１．９ｃｍから２．５４ｃｍまでが含まれる。実施形態において、移行層３０は、０．０３９ｃｍから２．５４ｃｍまで、０．０３９ｃｍから１．９ｃｍまで、０．０３９ｃｍから１．２７ｃｍまで、０．０３９ｃｍから０．６３ｃｍまで、０．０３９ｃｍから０．３１ｃｍまで、０．０３９ｃｍから０．１５ｃｍまでの厚さ、およびまた０．０３９ｃｍから０．０７９ｃｍまでを含む厚さを有してもよい。
【００４５】
本開示によれば、多材質治工具１００の移行層３０は、第３材料を含む。第３材料は、第１材料および第２材料の両方と少なくとも部分的に可溶性である材料を含む。本開示による第３材料としての使用に適した例示的な材料のクラスの一例は、限定しないが、オーステナイト系ステンレス鋼を含む。本開示による第３材料としての使用に適した例示的なオーステナイト系ステンレス鋼は、限定しないが、３０９Ｌステンレス鋼、３０９ＬＳｉステンレス鋼、３１６Ｌステンレス鋼、および３１６ＬＳｉステンレス鋼を含む。
【００４６】
特に明記されない限り、本明細書で使用されるすべてのパーセンテージ、部、および比率は、合計組成物の重量を基準とする。特に明記されない限り、すべてのそのような重量は、列記された成分に関連する場合、活性レベルに基づく、したがって、市販の材料に含まれ得る溶媒、不純物および副生成物を含まない。
【００４７】
本開示の単数形の特徴または限定へのすべての言及は、特に明記されない限り、または言及がなされる文脈によって明確に反対に暗示されない限り、対応する複数形の特徴または限定を含むものとし、逆もまた同様である。
【００４８】
本明細書で使用される方法またはプロセスステップのすべての組み合わせは、特に明記されない限り、または言及された組み合わせが実行される文脈によって明確に反対に暗示されない限り、任意の順序で実行することができる。
【００４９】
本明細書で開示されるパーセンテージ、部、および比率を含むがこれらに限定されないすべての範囲およびパラメータは、その中に想定され含まれるありとあらゆる部分範囲および終点間のあらゆる数を包含すると理解される。例えば、「１から１０」の記載された範囲は、最小値１と最大値１０との間（およびそれらを含む）のありとあらゆる部分範囲を、すなわち、１以上の最小値で始まり（例えば、１〜６．１）、１０以下の最大値で終わり（例えば、２．３〜９．４、３〜８、４〜７）、および最終的にその範囲内に含まれる各数１、２、３、４、５、６、７、８、９および１０までのすべての部分範囲を含むように考えられるべきである。
【００５０】
本開示の方法および組成物は、本明細書に記載された本開示の本質的な要素および限定、ならびに本明細書に記載されたいずれかの追加のまたは任意選択の成分、構成要素、または限定を含む、からなる、またはから本質的になることができる。
【００５１】
本開示の組成物はまた、残りの組成物が本明細書に記載されるような必要な成分または特徴のすべてをなおも含有しているという条件で、本明細書に記載されたいずれかの任意選択のまたは選択された本質的な成分または特徴を実質的に含まなくてもよい。これに関連して、および特に明記されない限り、「実質的に含まない」という用語は、選択された組成物が、機能的な量未満の任意選択の成分、典型的には０．１重量％未満を含有し、およびまた０重量％のそのような任意選択のまたは選択された本質的な成分を含むことを意味する。
【００５２】
本明細書または特許請求の範囲において「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」または「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語が使用される限りにおいて、それらは、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」がクレーム中の移行語として使用される場合に解釈されるように用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と同様に包括的であることが意図される。さらに、「または（ｏｒ）」という用語が用いられる（例えば、ＡまたはＢ）限りにおいて、「ＡまたはＢまたはＡおよびＢの両方」を意味することが意図される。出願人が「ＡまたはＢのみであって両方ではない」を示すことを意図する場合、「ＡまたはＢのみであって両方ではない」という用語が使用される。したがって、本明細書における「または」という用語の使用は包括的であり、排他的な使用ではない。本開示において、「ａ」または「ａｎ」という語は、単数形および複数形の両方を含むと解釈されるべきである。逆に、複数アイテムへの言及は、適宜、単数形を含むものとする。
【００５３】
いくつかの実施形態において、様々な発明概念を互いに組み合わせて利用することが可能であり得る。さらに、特定の要素の組み込みが実施形態の明示的な用語と矛盾しない限り、特に開示された実施形態に関連して列挙されたいずれの特定の要素も、すべての開示された実施形態で使用可能であると解釈されるべきである。さらなる利点および修正は、当業者には容易に明らかであろう。したがって、本開示は、より広い態様において、本明細書に提示される特定の詳細、代表的な装置、および記載された例示的な実施例に限定されない。したがって、一般的発明概念の趣旨および範囲から逸脱することなく、そのような詳細から出発することができる。
【００５４】
本明細書に提示された一般的発明概念の範囲は、本明細書に示され記載された特定の例示的な実施形態に限定されることを意図しない。与えられた開示内容から、当業者は一般的発明概念およびそれに付随する利点を理解するだけでなく、開示された方法および組成物に対する明らかな様々な変更および修正を見出すであろう。したがって、本明細書において記載および／または特許請求されるような一般的発明概念およびそのあらゆる等価物の趣旨および範囲に含まれるすべてのそのような変更および修正を網羅することが求められる。
【００５５】
本明細書に提示される特許請求の範囲は、本開示の記載および例示的な実施形態によって決して限定されない。加えて、本開示を通じて使用される用語の通常の意味は、本明細書に提示される記載および例示的な実施形態によって決して限定されない。本開示を通じて提示された用語のすべては、それらの多くの潜在的な通常の意味のすべてを保持する。
【符号の説明】
【００５６】
１０  コア
２０  シェル層
３０  移行層
１００  多材質治工具
【図１】
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【図２】
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【外国語明細書】
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