CN109834276A - 多材质工具及其制造方法 - Google Patents

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CN109834276A CN201811439301.9A CN201811439301A CN109834276A CN 109834276 A CN109834276 A CN 109834276A CN 201811439301 A CN201811439301 A CN 201811439301A CN 109834276 A CN109834276 A CN 109834276A
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巴德里·K·纳拉亚南
迈克尔·安德鲁·科特曼
W·T·马修斯
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Abstract

提供了多材质工具和制造多材质工具的方法。所述多材质工具包括由具有最高达30HRC的硬度(洛氏C标度)的第一材料形成的芯和与所述芯相邻的壳层。所述壳层由具有33HRC至70HRC的硬度的第二材料形成。所述制造多材质工具的方法包括使用增材制造技术沉积第一材料的第一层以形成芯。形成芯的第一材料具有最高达30HRC的硬度。所述方法还包括沉积第二材料的第二层以形成与所述芯相邻的壳层。形成壳层的第二材料具有33HRC至70HRC的硬度。

Description

多材质工具及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年11月29日提交的美国临时专利申请号62/592,045的优先权和权益，将所述申请的全部披露内容通过援引全部并入本文。
技术领域
总发明构思涉及工具和制造工具的方法。更具体地，总发明构思涉及多材质工具和使用增材制造技术制造多材质工具的方法。
背景技术
工具(例如，冲模、模具、机床、切割工具、计量器、夹具、固定装置、模型)通常由非常硬的材料制成，该材料由单片该材料机加工而成。典型地，在工具的使用期间其不同区域经历的应力和温度存在显着差异。由于用于形成工具的硬质材料的高碳含量(典型地大于0.2％)，此种硬工具易于开裂。
因此，仍然需要足够坚硬还更耐开裂的工具。
发明内容
总发明构思涉及多材质工具和制造多材质工具的方法。为了说明总发明构思的各个方面，披露了多材质工具的几个示例性实施例和制造多材质工具的相关方法。
在一个示例性实施例中，提供了一种制造多材质工具的方法。所述方法包括使用增材制造技术沉积第一材料以形成芯。形成芯的该第一材料具有最高达30HRC的硬度(洛氏C标度)。所述方法还包括沉积第二材料以形成与芯相邻的壳层。形成壳层的所述第二材料具有33HRC至70HRC的硬度。
在一个示例性实施例中，提供了一种多材质工具。所述多材质工具包括芯(该芯包括具有最高达30HRC的硬度的第一材料)和与所述芯相邻的壳层。所述壳层包含具有33HRC至70HRC的硬度的第二材料。
在一个示例性实施例中，提供了一种制造多材质工具的方法。所述方法包括使用增材制造技术沉积第一材料以形成芯。形成芯的所述第一材料具有最高达30HRC的硬度。所述方法还包括沉积第二材料以形成壳层。形成壳层的所述第二材料具有33HRC至70HRC的硬度。所述方法还包括使用增材制造技术沉积第三材料以形成至少部分地位于该壳层与该芯之间的过渡层。所述第三材料至少部分地用所述第一材料和该第二材料可溶。
从以下具体实施方式和附图，总发明构思的其他方面、优点和特征对于本领域技术人员将变得清晰。
附图说明
图1是根据本披露的多材质工具的实施例的示意图；并且
图2是根据本披露的多材质工具的实施例的示意图。
具体实施方式
虽然这些总发明构思容易以许多不同的形式实施，但在本文将详细描述其特定实施例，应理解的是本披露应被认为是对这些总发明构思原理的示例。相应地，这些总体发明概念不旨在局限于在此展示的这些特定实施例。
本披露描述了示例性多材质工具和制造多材质工具的方法。本披露的示例性方法利用增材制造技术来形成多材质工具的至少一部分。通常，本披露的多材质工具可以在热和/或冷环境中使用，并且可以抵抗冲击、磨损、变形、腐蚀、热冲击和侵蚀中的一种或多种。本披露的多材质工具的示例性应用包括但不限于通过热或冷工艺冲压、锻造或铸造金属，挤出金属或塑料，以及涉及玻璃纤维或碳纤维的工艺(例如，纤维切碎操作)。
如前所述，传统的工具通常由非常硬的材料制成，该材料由单片该材料机加工而成。在许多应用中，仅工具表面的一部分可能直接经历高应力和极端温度，而工具的其余部分不会经历此类高的应力和极端温度。然而，这些非常硬的材料通常缺乏韧性并且易于碎裂和开裂。本披露的多材质工具和方法通过使用具有最高达30HRC的硬度(洛氏C标度)的第一材料形成多材质工具的芯并使用具有33HRC至70HRC硬度的第二材料形成与该芯相邻的壳层来解决与传统工具相关的缺点。通常，与形成硬壳层的第二材料相比，形成芯的第一材料具有更高的韧性，并且更延性和较不硬。因为芯具有比壳层更高的延性并且壳层比芯更硬，所以芯将多材质工具置于压缩应力中，使得多材质工具不太可能开裂或以其他方式失效(与完全由非常坚硬的材料形成的工具相比)。
在本披露的一个方面，提供了一种制造多材质工具的方法。所述方法包括使用增材制造技术沉积第一材料以形成芯。所述第一材料具有最高达30HRC的硬度。所述方法还包括沉积第二材料以形成与芯相邻的壳层。所述第二材料具有33HRC至70HRC的硬度。
通常，多材质工具的芯包括由增材制造技术执行的多道次(pass)沉积的第一材料的构建层。可以使用各种增材制造技术来沉积第一材料以形成芯。增材制造技术可以是利用粉末原料的粉末基技术，或利用丝材原料的送丝技术。因此，在本披露的方法中使用的材料(即，第一材料、第二材料和第三材料)可以是呈粉末形式和/或丝形式。
可以在本披露的方法中使用的示例性粉末基增材制造技术包括但不限于激光金属沉积、激光工程净成形、电子束熔化、粉末进料定向能量沉积、选择性激光烧结、和直接金属激光烧结。粉末基增材制造技术通过使用能量源(例如，激光束、电子束)烧结或熔化粉末材料以逐层方式构建制品。在某些粉末基增材制造技术中，有待由能量源烧结或熔化的粉末材料由储存器供应并使用重涂器臂均匀地铺展在构建板上以将粉末材料保持在所需水平并去除超出所需水平的多余的粉末材料。能量源在扫描仪系统(例如，检流计扫描仪)的控制下烧结或熔化正在构建的制品的横截面层。在层完成后，降低构建板，并将另一层粉末铺展在该构建板和正构建的制品上，然后通过能量源连续烧结/熔化粉末材料。重复该过程，直到制品由烧结/熔化的粉末材料完全构建成。该能量源可以由包括处理器和存储器的计算机系统控制。该计算机系统可确定每层的扫描图案(例如，基于计算机辅助设计(CAD)模型文件)并控制能量源以根据扫描图案烧结/熔化粉末材料。
在其他粉末基增材制造技术中，通过烧结或熔化通过喷嘴供给的粉末材料，制品以堆叠的层构建。在某些系统中，粉末材料可与保护气体一起进料。当进料粉末材料时，通过能量源(例如激光束、电子束)将粉末材料烧结或熔化成熔池。该制品可以构建在基板上，该基板可以在构建成该制品之后被移除。当能量源熔化和/或烧结粉末材料时形成的熔池凝固形成制品的至少一部分。粉末进料增材制造装置、基板或两者可以降低和/或移动以熔化基板的任何部分上和/或制品的先前固化部分上的粉末材料，直到制品由多个沉积层完全构建成。该能量源可以由包括处理器和存储器的计算机系统控制。计算机系统可确定每个熔池和随后要形成的固化层的预定路径(例如，基于计算机辅助设计(CAD)模型文件)，并控制能量源以根据预编程路径烧结/熔化粉末材料。
示例性的送丝增材制造技术包括但不限于激光丝金属沉积(laser wire metaldeposition)、丝电弧(wire arc)增材制造、电子束增材制造和自动焊接。通常，传统的送丝增材制造装置可以配置成通过进料丝原料材料以逐层的方式构建制品，该丝原料材料由送丝装置进料并熔化该丝原料材料。在物理构建制品之前，增材制造过程通常从创建计算机辅助设计(CAD)文件开始，以表示所需制品的图像或绘图。使用计算机，提取关于该制品图像文件的信息，例如通过识别对应于制品的各个层的信息。因此，为了得到通过增材制造形成制品所需的数据，在概念上将制品切成许多薄层，其中每层的轮廓由连接以形成折线的多个线段或数据点限定。层数据可以被转换成合适的工具路径数据，例如由计算机数字控制(CNC)代码(例如G代码、M代码等)操纵或呈其形式的数据。这些代码可用于控制送丝增材制造装置，以逐层构建制品。
在送丝增材制造技术中，使用能量源(例如，电子束、激光束、电弧)熔化用于构建制品的丝原料材料。可以在构建基板上执行制品的构建。能量源熔化丝原料材料以形成熔池，该熔池凝固以形成部件的至少一部分。可以升高、降低或以其他方式移动送丝增材制造装置、基板或两者，同时在基板的任何部分上和/或在先前固化的部件上熔化丝原料材料，直到制品完全由熔化的丝原料材料形成的多个层构建成。该能量源典型地由包括处理器和存储器的计算机系统控制。该计算机系统确定每个熔池和随后要形成的固化层的预定路径，并且能量源根据预编程路径熔化丝原料材料。
在实施例中，用于沉积第一材料以形成芯的增材制造技术包括粉末基增材制造技术、送丝增材制造技术，或粉末基增材制造技术和送丝增材制造技术的组合。任何前面提到的粉末基增材制造技术和送丝增材制造技术可以用于本披露的方法中以沉积第一材料以形成多材质工具的芯。
在实施例中，本披露的方法可以进一步包括在沉积第一材料以形成芯之后应用减材制造技术。在实施例中，本披露的方法可以进一步包括在完全形成芯之前沉积第一材料之后应用减材制造技术(例如，在第一材料的一层或多层沉积之后，在第一材料的每层沉积之后)。在本披露的方法中可以使用各种减材制造技术。示例性的减材制造技术包括但不限于铣削、车削和钻孔。此类减材制造技术对于本领域技术人员来说是熟知的，并且可以使用例如常规的CNC机器来进行。因此，在包括减材制造技术的应用的本披露的实施例中，减材制造技术包括铣削、车削、钻孔或其组合。
本披露的方法还包括沉积第二材料以形成与芯的至少一部分相邻的壳层。在实施例中，壳层可以直接与芯相邻，例如通过将第二材料直接沉积到芯的一部分上。在实施例中，壳层可以间接与芯相邻，例如通过将第二材料沉积到先前沉积到芯的一部分上的材料(例如，过渡层)上。在实施例中，壳层可以具有与芯直接相邻的部分和与芯间接相邻的部分。
可以利用各种技术来沉积第二材料以形成本披露的多材质工具的壳层。在实施例中，可以使用增材制造技术来沉积第二材料。在实施例中，用于沉积第二材料以形成壳层的增材制造技术包括粉末基增材制造技术、送丝增材制造技术，或粉末基增材制造技术和送丝增材制造技术的组合。任何前面提到的粉末基增材制造技术和送丝增材制造技术可以用于本披露的方法中以沉积第二材料以形成多材质工具的壳层。
在实施例中，可以使用热喷涂工艺来沉积第二材料。适用于本披露方法的示例性热喷涂方法包括但不限于等离子喷涂、爆炸喷涂、丝电弧(wire arc)喷涂、火焰喷涂、高速氧燃料喷涂、高速空气燃料喷涂、温喷涂和冷喷涂。
在实施例中，本披露的方法可以进一步包括在沉积第二材料以形成壳层之后应用减材制造技术。在实施例中，本披露的方法可以进一步包括在完全形成壳层之前沉积第二材料之后应用减材制造技术(例如，在第二材料的一层或多层沉积之后，在第二材料的每层沉积之后)。先前讨论的任何一种或多种减材制造技术可用于去除或修整壳层的一部分。
如简要提到的，与形成多材质工具的硬壳层的第二材料相比，形成多材质工具的芯的第一材料具有更高的韧性，并且更延性和较不硬。因此，芯将多材质工具置于压缩应力中，使得多材质工具不太可能开裂(与完全由非常坚硬的材料形成的工具相比)。另外，可以利用冷却或加热过程来促进多材质工具的所需机械特性。例如，当沉积第一材料和/或第二材料时，可以控制或改变熔池冷却速率。用于控制冷却速率的方法的实例包括但不限于在通过/层沉积之间应用吹送空气/强制对流，以及使用在沉积之后可以或可以不用水冷却的铜块或辊。此外，芯和/或完成的多材质工具可以经受制造后热处理、冷却处理、或热处理和冷却处理两者。因此，在实施例中，本披露的方法可以进一步包括冷却处理、热处理、或冷却处理和热处理两者，并且此种冷却处理和/或热处理可以在多材质工具制造期间、在制造芯之后、和/或在制造整个多材质工具之后执行。
在本披露的另一个方面，提供了一种制造多材质工具的方法。所述方法包括使用增材制造技术沉积第一材料以形成芯。所述第一材料具有最高达30HRC的硬度。另外，所述方法包括沉积第二材料以形成壳层。所述第二材料具有33HRC至70HRC的硬度。所述方法还包括使用增材制造技术沉积第三材料以形成至少部分地位于该壳层与该芯之间的过渡层。所述第三材料至少部分地用所述第一材料和所述第二材料可溶。
先前关于沉积第一材料以形成多材质工具的芯的描述以及先前关于沉积第二材料以形成多材质工具的壳层的描述同样适用于本披露的这个方面。另外，在本披露的这个方面中，关于过渡层的形成，可以使用先前描述的任何一个或多个附加处理步骤(例如，应用减材制造技术、热处理、冷却处理)。
如上所述，本披露的方法还可以包括使用增材制造技术沉积第三材料以形成至少部分地位于壳层与芯之间的过渡层。在实施例中，该第三材料可以沉积到芯的至少一部分上以形成过渡层，并且第二材料可以沉积到该过渡层的至少一部分上以形成多材质工具的壳层。因为该第三材料至少部分地用所述第一材料和所述第二材料可溶，所以第三材料与第一材料和第二材料良好地结合。
在实施例中，用于沉积第三材料以形成过渡层的增材制造技术包括粉末基增材制造技术、送丝增材制造技术，或粉末基增材制造技术和送丝增材制造技术的组合。任何前面提到的粉末基增材制造技术和送丝增材制造技术可以用于本披露的方法中以沉积第三材料到芯的至少一部分上以形成多材质工具的过渡层。在实施例中，用于沉积第三材料的增材制造技术与用于沉积第一材料的增材制造技术相同。在实施例中，用于沉积第三材料的增材制造技术与用于沉积第一材料的增材制造技术不同。
在本披露的另一方面，提供了一种多材质工具。现在参考图1，多材质工具100包括芯10(该芯包括具有最高达30HRC的硬度的第一材料)和与该芯10的至少一部分相邻的壳层20。该壳层20包含具有33HRC至70HRC的硬度的第二材料。因为多材质工具100的芯10使用增材制造技术形成，如上所述，芯10可以制造成具有复杂的几何形状和非常精细的特征(否则将需要大量的二次加工，这可能使得此种工具成本过高)。使用本披露的方法，芯10可以被制造成多材质工具100的近净形状。通常，多材质工具100的芯10构成多材质工具100的大部分。虽然图1示出了与芯10的一个表面相邻或以其他方式连接的壳层20，但是可以预期壳层20可以与芯10的多于一个表面(包括在所有表面上)相邻或以其他方式连接，使得壳层20覆盖或涂覆整个芯10。
多层工具100的壳层20可以对应于多材质工具100的部分，这些部分在执行工具加工操作(例如，切割、冲压、模制、锻造、铸造、压制、挤压)时经历高应力、高负载、高冲击和极端温度。在实施例中，壳层20可具有至多2.54cm的厚度，包括从0.039cm至2.54cm、从0.079cm至2.54cm、从0.15cm至2.54cm、从0.31cm至2.54cm、从0.63cm至2.54cm、从1.27cm至2.54cm，并且还包括从1.9cm至2.54cm。在实施例中，壳层20可具有的厚度为0.039cm至2.54cm、从0.039cm至1.9cm、从0.039cm至1.27cm、从0.039cm至0.63cm、从0.039cm至0.31cm、从0.039cm至0.15cm，并且还包括从0.039cm至0.079cm。
根据本披露，多材质工具100的芯10包括具有最高达30HRC的硬度的第一材料。在实施例中，第一材料具有15HRC至30HRC的硬度，包括从18HRC至30HRC、从20HRC至30HRC，并且还包括从25HRC至30HRC。应当理解，第一材料可包括一种或多种材料，只要每种材料的硬度不大于30HRC。此外，本文所述的硬度值对应于处于其最终状态的材料的硬度(例如，如沉积原样的或在制造后热处理之后)。
通常，第一材料易于通过增材制造技术沉积、坚韧、延性、能够承受负荷和冲击、并且耐开裂。适合用作根据本披露的第一材料的一类材料的一个实例包括但不限于低合金钢。通常，低合金钢含有小于10wt％的合金元素和至少90wt％的Fe。适合用作根据本披露的第一材料的低合金钢的一个实例具有约0.5wt％C、约1.5wt％Mn、约0.4wt％Si、约1.9wt％Ni、约0.4wt％Mo、约0.1wt％Cu、约0.02wt％Ti，并且余量为Fe和附带的杂质的化学组成。低合金钢通常表现出高强度(例如，极限拉伸强度大于552Mpa)和高韧性(例如，在-17.78℃时大于27N-m的夏比V型缺口韧性)，这使得低合金钢特别适合于用作形成本披露的多材质工具的芯的第一材料。
根据本披露，多材质工具100的壳层20包括具有33HRC至70HRC的硬度的第二材料。在实施例中，第二材料具有的硬度为35HRC至70HRC，包括从38HRC至68HRC、从40HRC至66HRC、从45HRC至66HRC、从50HRC至65HRC，并且还包括从50HRC至60HRC。应当理解，第二材料可包括一种或多种材料，只要每种材料的硬度为从33HRC至70HRC。
通常，第二材料是硬质材料，其可以是耐磨的、耐磨损的、耐腐蚀的、耐热的或其组合，并且非常适合于执行多材质工具100的特定功能(例如，切割、冲压、模制、锻造、铸造、压制，挤出)。适合用作根据本披露的第二材料的示例性材料包括但不限于纳米结构钢、碳化铬合金、马氏体不锈钢、钴合金、马氏体时效钢和工具钢。
在实施例中，第二材料可包括马氏体不锈钢。适合用作第二材料的马氏体不锈钢的实例包括但不限于410不锈钢和420不锈钢。410不锈钢和420不锈钢可以是呈粉末形式或丝形式。
在实施例中，第二材料可包含钴合金。用作第二材料的钴合金可具有高钴含量(例如＞20wt％Co)，例如钴1合金，钴6合金，钴12合金和钴21合金。此类钴合金的呈其未稀释、沉积原样形式的化学组成列于下表1中。钴合金可以是呈粉末形式或丝形式。
表1：未稀释的、沉积原样的钴合金组成，wt.％
在实施例中，第二材料可包括马氏体时效钢。适合用作根据本披露的第二材料的示例性马氏体时效钢包括但不限于250级马氏体时效钢、300级马氏体时效钢和350级马氏体时效钢。此类马氏体时效钢的化学组成提供于下表2中。马氏体时效钢可以是呈粉末形式或丝形式。
表2：马氏体时效钢，wt.％
成分 250级 300级 350级
镍 17-19 18-19 18-19
钴 7-8.5 8.5-9.5 11.5-12.5
钼 4.6-5.2 4.6-5.2 4.6-5.2
钛 0.3-0.5 0.5-0.8 1.3-1.6
铝 0.05-0.15 0.05-0.15 0.05-0.15
铁 余量 余量 余量
在实施例中，第二材料可包括工具钢。适合用作根据本披露的第二材料的示例性工具钢包括但不限于H-13工具钢和P20工具钢。工具钢可以是呈粉末形式或丝形式。
现在参考图2，示出了根据本披露的另一方面的多材质工具100的实施例。如图2所见，多材质工具100包括芯10、壳层20和至少部分地位于芯10与壳层20之间的过渡层30。芯10包括具有最高达30HRC硬度的第一材料并且壳层20包括具有35HRC至70HRC的硬度的第二材料，每种材料可以对应于任何前述实施例。虽然图2示出了过渡层30沉积并位于芯10的一个表面上并且壳层20沉积并位于过渡层30的一个表面上，可以预期过渡层30可以沉积或以其他方式位于芯层10的多于一个表面上(包括在所有表面上)，并且壳层20可以沉积或以其他方式位于过渡层30的多于一个表面上(包括在所有表面上)。还可以预期过渡层30可以沉积或以其他方式位于仅芯10的一部分上并且壳层20可以沉积或以其他方式位于过渡层30的所有外表面上，使得壳层20覆盖或涂覆过渡层30的所有外表面。
多材质工具100的过渡层30用于有效地将能量(例如，负荷)从壳层20传递到芯10，这降低了壳层20在多材质工具100执行工具加工操作时开裂或以其他方式失效的可能性。在实施例中，过渡层30可具有至多2.54cm的厚度，包括从0.039cm至2.54cm、从0.079cm至2.54cm、从0.15cm至2.54cm、从0.31cm至2.54cm、从0.63cm至2.54cm、从1.27cm至2.54cm，并且还包括从1.9cm至2.54cm。在实施例中，过渡层30可具有的厚度为0.039cm至2.54cm、从0.039cm至1.9cm、从0.039cm至1.27cm、从0.039cm至0.63cm、从0.039cm至0.31cm、从0.039cm至0.15cm，并且还包括从0.039cm至0.079cm。
根据本披露，多材质工具100的过渡层30包括第三材料。第三材料包括至少部分地用该第一材料和该第二材料二者可溶的材料。适合用作根据本披露的第三材料的一类材料的一个实例包括但不限于奥氏体不锈钢。适合用作根据本披露的第三材料的示例性奥氏体不锈钢包括但不限于309L不锈钢、309LSi不锈钢、316L不锈钢和316LSi不锈钢。
除非另有说明，否则如本文所用的所有百分比、份数和比率均以总组合物的重量计。除非另有说明，否则所有此类重量(当它们涉及所列成分时)均基于活性物质水平并且，因此不包括可能包含在可商购材料中的溶剂、杂质或副产物。
除非另有说明或通过进行引用的上下文清楚地暗示相反，否则对本披露的单数特征或限制的所有提及应包括相应的复数特征或限制，反之亦然。
如本文使用的方法或工艺步骤的所有组合可以以任何顺序进行，除非另有说明或通过进行引用组合的上下文清楚地暗示相反。
本文披露的所有范围和参数(包括但不限于百分比、份数和比率)应理解为包括其中假定和包含的任何和所有子范围，以及端点之间的每个数字。例如，规定的范围“1到10”应被视为包括最小值1与最大值10之间(并且包括端点)的任何和所有子范围；也就是说，所有子范围以最小值1或更大(例如，1到6.1)开始，并以最大值10或更小(例如，2.3到9.4、3到8、4到7)结束，并且最后至包含在该范围内的每个数字1、2、3、4、5、6、7、8、9和10。
本披露的方法和组合物可包含如本文所述的本披露的基本要素和限制、以及本文所述的任何附加或任选的成分、组分或限制，由其组成或基本上由其组成。
本披露的组合物还可以基本上不含本文所述的任何任选的或选择的基本成分或特征，前提是剩余的组合物仍含有如本文所述的所有所需成分或特征。在本上下文中，并且除非另有说明，术语“基本上不含”是指所选择的组合物含有小于功能量的任选成分，典型地小于按重量计0.1％，并且还包括0重量百分比的此种任选的或选定的基本成分。
就在说明书或权利要求书中使用术语“包括(include/includes/including)”来说，它们旨在以类似于术语“包含(comprising)”的方式包含，如该术语包含当在权利要求中用作过渡词时所解释的。此外，就使用术语“或”(例如，A或B)来说，其旨在是指“A或B或又A又B”。当申请人旨在指示“仅A或B但不是两者”，则术语“仅A或B但不是两者”将被采用。因此，本文使用术语“或”是包含性的，而不是排他性的使用。在本披露中，词语“一个/种(a/an)”应被视为包括单数和复数二者。相反，任何对多个项目的提及应视情况包括单数。
在一些实施例中，可能可以将各种发明构思彼此组合使用。另外，列举为与具体披露的实施例相关的任何特定元件应被解释为可供用于所有披露的实施例，除非特定元件的结合将与实施例的明确术语相矛盾。对本领域的技术人员而言，附加优点和修改将是很明显的。因此，本披露在其更广泛的方面不限于其中呈现的具体细节，代表性装置或所描述的说明性示例。因此，在不偏离总发明构思的精神或范围的情况下，可以与此类细节有所偏差。
本文呈现的总发明构思的范围不旨在限于本文示出和描述的特定示例性实施例。从所给出的披露内容中，本领域技术人员将不仅理解总发明构思和其伴随的优点，还将发现对所披露方法和组合物的明显的多种改变和修改。因此，所寻求的是涵盖如落入如本文所描述和/或所要求保护的总发明构思及其任何等同物的精神和范围内的所有此类改变和修改。
本文呈现的权利要求书的范围不以任何方式受到本披露的描述和示例性实施例的限制。另外，贯穿本披露使用的术语的普通含义不以任何方式受本文呈现的描述和示例性实施例的限制。贯穿本披露呈现的所有术语保留了所有其许多潜在的普通含义。

Claims (20)

1.一种制造多材质工具的方法，所述方法包括：
使用增材制造技术沉积第一材料以形成芯，其中所述第一材料具有最高达30HRC的硬度；
沉积第二材料以形成与所述芯的至少一部分相邻的壳层，其中所述第二材料具有33HRC至70HRC的硬度。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一材料包括低合金钢。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二材料包括纳米结构钢、碳化铬合金、钴合金、马氏体不锈钢、马氏体时效钢和工具钢中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一材料具有15HRC至30HRC的硬度。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述第二材料具有38HRC至68HRC的硬度。
6.如权利要求1所述的方法，其中，使用增材制造技术、热喷涂工艺及其组合来沉积所述第二材料。
7.如权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括使用增材制造技术沉积第三材料以形成至少部分地位于所述壳层与所述芯之间的过渡层。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述第三材料包括奥氏体不锈钢。
9.一种多材质工具，其包括：
包含第一材料的芯，所述第一材料具有最高达30HRC的硬度；以及
与所述芯的至少一部分相邻的壳层，其中所述壳层包含第二材料，所述第二材料具有33HRC至70HRC的硬度。
10.如权利要求9所述的多材质工具，其中，所述第一材料包括低合金钢。
11.如权利要求9所述的多材质工具，其中，所述第二材料包括纳米结构钢、碳化铬合金、钴合金、马氏体不锈钢、马氏体时效钢和工具钢中的一种或多种。
12.如权利要求9所述的多材质工具，其中，所述第一材料具有15HRC至30HRC的硬度。
13.如权利要求12所述的多材质工具，其中，所述第二材料具有38HRC至68HRC的硬度。
14.如权利要求9所述的多材质工具，进一步包括至少部分地位于所述壳层与所述芯之间的过渡层，其中所述过渡层包括第三材料。
15.如权利要求14所述的多材质工具，其中，所述第三材料包括奥氏体不锈钢。
16.一种制造多材质工具的方法，所述方法包括：
使用增材制造技术沉积第一材料以形成芯，其中所述第一材料具有最高达30HRC的硬度；
沉积第二材料以形成壳层，其中所述第二材料具有33HRC至70HRC的硬度；并且
使用增材制造技术沉积第三材料以形成至少部分地位于所述壳层与所述芯之间的过渡层，其中所述第三材料至少部分地用所述第一材料和所述第二材料可溶。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述第一材料包括低合金钢。
18.如权利要求16所述的方法，其中，所述第二材料包括纳米结构钢、碳化铬合金、钴合金、马氏体不锈钢、马氏体时效钢和工具钢中的一种或多种。
19.如权利要求16所述的方法，其中，所述第一材料具有15HRC至30HRC的硬度。
20.如权利要求16所述的方法，其中，所述第三材料包括奥氏体不锈钢。
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