在模具表面强化技术中，稀土元素表面强化有着极大的优势。稀土元素具有催渗、强化表面（稀土元素具有微合金化作用，能改善表层组织结构，强化模具表面），净化表面（稀土元素与钢中低熔点有害杂质发生作用，形成高熔点化合物，同时抑制这些元素在晶界上的偏聚，降低表层的脆性）等多种功能，从而提高模具寿命。

稀土表面强化技术主要包括稀土化学热处理（如稀土渗碳等）、等离子体稀土材料表面改性、稀土热喷涂、稀土镀覆技术等。

1.模具的稀土渗碳技术

稀土渗碳（即RE-C共渗）可使渗碳温度由920～930℃降低至860～880℃，减少模具畸变并防止奥氏体晶粒长大；可提高渗速20%～30%（渗碳时间缩短1～2h）；改善渗层脆性，使抗冲击断口裂纹形成能力和抗裂纹扩展能力提高约30%。

实例 黏土重质砖（耐火砖）模具，材料为Q215钢，采用常规气体渗碳（910℃渗碳，未加稀土）+780℃加热淬火+180℃回火工艺，在3MN摩擦压力机上压制4500块耐火砖后，因表面磨损严重而报废；改为稀土渗碳（910℃高浓度渗碳）+780℃加热淬火+180℃回火工艺，压制13000块耐火砖后，型腔基本光滑，仍可以继续使用。与常规渗碳工艺（未加稀土）相比，稀土渗碳模具的使用寿命提高3倍以上。

2.模具的稀土碳氮共渗技术

稀土碳氮共渗可提高渗速25%～30%，可提高渗层显微硬度及有效硬化层深度；使模具的耐磨性、耐蚀性、疲劳极限分别提高100%、15%和25%。稀土碳氮共渗用于5CrMnMo钢制热锻模，使用寿命提高1倍以上。

3.模具的稀土渗氮技术

稀土元素渗入模具的表面，能够改善渗氮层组织，提高表面硬度，增加渗氮层耐磨性、抗冲蚀磨损和抗滑动磨损性能，并且提高渗氮速度，缩短渗氮周期。

实例 自行车车圈轧辊模具原来采用GCr15钢制作，现使用7Cr7Mo3V2Si（LD-2）钢。将两种材料的模具在渗氮前分别进行适当的预备热处理再进行渗氮，即510～520℃×30～40h（普通渗氮40h，稀土渗氮30h）；渗氮介质为NH₃，稀土渗氮时加入自配的稀土添加剂。

经稀土渗氮处理的LD-2钢模具的寿命，比普通渗氮处理的LD-2钢提高1倍以上；与普通渗氮处理和稀土渗氮处理的GCr15钢模具相比，稀土渗氮的LD-2钢模具寿命分别提高16倍和6倍。

4.模具的稀土渗硼技术

稀土硼渗（RE-B共渗）的耐磨性较单一渗硼提高1.5～2倍，较常规淬火提高3～4倍；其韧性较单一渗硼提高6～7倍，改善了渗硼层的脆性问题；可使渗硼温度降低100～150℃，处理时间缩短50%左右，减少了模具畸变。采用稀土渗硼可使Cr12钢制拉深模寿命提高5～10倍，冲裁模寿命提高几倍至数十倍，CrWMn钢制卷边模寿命提高6～10倍。

实例 5CrNiMo钢制热锻模用于连杆成形，采用常规热处理（淬火、回火）后模具寿命为1000件左右，失效形式有磨损、开裂、热疲劳。采用稀土渗硼后，有效地减少了模具失效，使模具寿命提高1.5倍。

改进热处理工艺：热锻模经900℃×3h稀土渗硼后，出炉后预冷至800～780℃，入油冷至200℃左右，立即转入260～280℃硝盐中等温3h，获得下贝氏体与板条马氏体复合组织；经560℃×2h×2次回火后，表面硬度为1650HV。(www.daowen.com)

5.模具的稀土硼铝共渗技术

稀土硼铝共渗（即RE-B-Al共渗）所得共渗层具有渗层较薄、硬度很高的特点，表层铝铁硼化合物具有较高的热硬性和抗高温氧化能力。

实例 H13（4Cr5MoSiV1）钢制铝挤压模具的热处理。

1）热处理工艺。920℃×4h稀土硼铝共渗；1050℃×0.5h加热油淬；500℃×1h回火。稀土硼铝共渗膏剂由富硼原料B₄C、铝粉，添加适量稀土及其他辅助原料配制而成。

2）模具寿命。经上述工艺处理后，模具渗层深度为0.3～0.4mm，表面硬度为1900～2000HV0.1，铝挤压模寿命提高2～3倍，铝材表面质量提高1～2级。

6.模具的稀土硫氮碳共渗技术

稀土硫氮碳共渗（即RE-S-N-C共渗）能有效提高模具的抗磨损、抗咬合、抗疲劳、抗腐蚀与抗龟裂性能。在低温N-C共渗基础上添加S，在金属表面形成硫化物薄层，硫化物层质软多孔，能吸附润滑油，起到减摩作用，可防止金属间直接咬合。

1）渗剂和稀土催渗剂。共渗采用RYG-20-6型坩埚式盐浴炉。渗剂为NH₃+木炭粉+FeS。稀土催渗剂选用混合稀土氯化物。

2）模具材料与工艺。模具材料为3Cr2W8V、W18Cr4V、5CrNiMoA钢。采用盐浴稀土硫氮碳共渗（500～540℃×2～3h）。结果表明，与氮碳共渗相比，稀土硫氮碳共渗可提高渗速15%～20%，抗弯强度提高20%～30%，弯曲应力疲劳极限提高40%～50%，硬度提高1.0～1.5HRC，耐磨性提高1倍。

7.模具的稀土钒硼共渗技术

稀土钒硼共渗（即RE-V-B共渗）可得到组织形态更好的共渗层，降低渗层脆性，使模具具有更高的表面硬度和耐磨性，寿命提高3～5倍，具体效果见表12-31。

稀土钒硼共渗及淬火工艺：950℃×4h稀土钒硼共渗；（1030±10）℃×1tmin加热后，出炉预冷至800～820℃油淬，160℃×1.5h×2次回火。

表12-31 模具寿命比较