導緻彈簧失效的主要因素有材料缺陷，加工制造缺陷，熱處(chù)理不當，表面處(chù)理不當，工作環境因素等。通過對近幾年21個彈簧失效案例的彙總分析，彈簧表面缺陷，包括碰撞磕痕、微動磨損、凹坑等造成彈簧失效的比例最大，占50%；另外還有裂紋占有20%；夾雜、疏松13%；脫碳、熱處(chù)理、表面強化分别占3%左右。彈簧失效可由一種原因引起，也可由幾種原因因素綜合作用所緻。因此，對彈簧的失效分析必須先對實例的失效現象進行種種調查分析，弄清楚其失效模式，然後找出其失效的原因因素，從(cóng)而提出改進措施。

一、彈(dàn)簧原材料引起的彈(dàn)簧失效:

1、由於(yú)鋼的冶煉方法不同，會使鋼中存在不同程度造成彈(dàn)簧早期疲勞失效的夾雜物，夾雜物過量或尺寸過大，均勻度不好都會影響材料的力學性能，容易早期疲勞失效。

實例：某公司一件型号爲SY6480（Ф22mm）的車(chē)輛懸架用扭杆彈簧，在新車(chē)出庫時便發生斷裂，分析認爲斷裂起源於(yú)彈簧亞表面存在的一個粗大脆性夾雜物（如圖1，圖2(圖1的放大圖)）。

預防措施：彈簧材料必須有優良的冶金質量，如嚴格控制化學成分、高純淨度，較低夾雜物含量，同時還要求材料成分和組織的均勻性和穩定性。爲瞭(le)降低鋼中有害氣體和雜質元素，提高鋼的純淨度，應採(cǎi)用真空冶煉及電渣重熔等精煉技術。

2、軋制過程可能引起的缺陷：殘(cán)餘縮管及中心裂紋；折疊缺陷（如圖3）；線狀缺陷、劃痕；表面鏽蝕坑；過燒、桔皮狀表面、麻坑；這些都可能導緻彈簧失效。所以鋼廠應盡量避免和消除軋制過程中産生的缺陷，彈簧廠應加強對彈簧原材料質量檢查，盡量採(cǎi)用表面質量好的材料。

冷成形螺旋彈簧在卷簧時由於(yú)卷簧過程中工藝裝備(bèi)不良或調整操作不當會産生彈簧的表面缺陷。如自動卷簧機上切斷彈簧時切刀就有可能插傷鄰近彈簧圈鋼絲的内表面。熱成形彈簧由於(yú)熱成形加熱溫度過高彈簧表面産生桔皮狀缺陷，使彈簧疲勞壽命大幅度降低。或者，熱成形時，由於(yú)加熱溫度過低，鋼的塑性不夠，熱成形過程中彈簧表面應力超過材料強度極限會産生裂紋[1]。所以在制造過程中也要加強對彈簧表面質量檢查，盡量避免表面缺陷的産生。

二、制造過(guò)程中引起的彈(dàn)簧失效:

冷成形螺旋彈簧在卷簧時由於(yú)卷簧過程中工藝裝備(bèi)不良或調整操作不當會産生彈簧的表面缺陷。如自動卷簧機上切斷彈簧時切刀就有可能插傷鄰近彈簧圈鋼絲的内表面。熱成形彈簧由於(yú)熱成形加熱溫度過高彈簧表面産生桔皮狀缺陷，使彈簧疲勞壽命大幅度降低。或者，熱成形時，由於(yú)加熱溫度過低，鋼的塑性不夠，熱成形過程中彈簧表面應力超過材料強度極限會産生裂紋。所以在制造過程中也要加強對彈簧表面質量檢查，盡量避免表面缺陷的産生。

三、熱處(chù)理工藝缺陷造成的彈(dàn)簧失效:

彈簧在加熱或冷卻期間表面和中心溫度分布不均勻會引起熱應力，相變的過程會造成組織應力,其總值超過材料的強度極限時會導緻開裂。這種缺陷多見於(yú)尺寸較大的在水中淬火的彈簧,其裂紋産生後無法修複隻能報(bào)廢。另外原材料的缺陷，如鋼中的殘餘縮孔、白點、冷加工刀痕、冷拉和熱軋過程中的劃痕、折疊等缺陷，都會造成淬火時的應力集中而開裂。如圖4所示即爲某公司彈簧由於(yú)最初的表面上的短淺折疊裂紋，在淬火熱處理時，該裂紋沿徑向擴展至3.9mm，在做疲勞試驗時，它首先擴展，直至達到臨界尺寸而引起彈簧的瞬時破斷。熱處理不當産生的非正常組織如粗大的淬火馬氏體；先共析鐵素體或遊離鐵素體；碳化物偏析；彈簧的熱處理變形；表面氧化與脫碳都會造成彈簧失效。

實例:某廠60Si2MnA熱成型彈簧,d=25，D=120，n=5，在溫度900～950℃卷制成型,卷後一次淬火,470～490℃回火。裝車使用後彈簧連續幾次發生早期失效。對已失效的彈簧進行檢查,發現個别彈簧出現淬火裂紋,經爐氣成分分析發現,大約有一個月煤氣成分不當,發熱量偏高,使爐溫過高,個别彈簧過熱,奧(ào)氏體晶粒粗大,水中淬火後出現淬火裂紋,由於(yú)水的冷卻能力很強,在奧(ào)氏體向馬氏體轉變溫度區，彈簧表面與心部溫差增大，因馬氏體相變的先後不同,引起很大的組織應力,因而出現裂紋。

預防措施：除嚴格控制好加熱溫度、保溫時間外，控制爐内氣氛是很重要的，定期分析加熱煤氣成分,保證熱量供應正常；爲瞭(le)減少變形,杜絕淬火開裂，除瞭(le)尺寸過大的熱成形彈簧外,一般熱成形彈簧採(cǎi)用在油中冷卻。

四、表面處(chù)理工藝不當造成的彈(dàn)簧失效:

1、表面噴丸強化工藝，噴丸強化設備(bèi)、工藝方法及操作水平對噴丸強化有很大的影響，如果制造者不把噴丸工藝當作一個重要的強化工藝，充分注意噴丸工藝的控制，也不進行工藝效果的必要檢測(cè)，那麽噴丸處理有可能得不到它應有的強化效果，甚至可能成爲彈簧發生早期失效的誘因。

實例：某廠(chǎng)進口的彈簧原材料，是經滲氮表面處理的，表面硬度較高，經噴丸處理後，導緻表面産(chǎn)生裂紋而最終斷裂。所以針對不同的材料，經不同的工藝處理後，要選擇的合适的噴丸工藝。

2、電鍍時彈簧表面及鍍層(céng)中富含的氫氣，如不能得到及時和充分的清除，可導緻彈簧在工作時的氫緻滞後斷裂而失效。有時在氧化處理或磷化處理前，爲瞭(le)去除彈簧表面的氧化皮和鏽迹，需進行酸洗。當酸洗過度造成氫大量滲入零件内部，而又未能及時和充分的除氫處理時，可導緻彈簧的氫脆斷裂失效。

實例：直徑0.6mm的70"冷拔碳素彈簧鋼絲鍍镉後，制成中徑4.0mm扭轉彈簧，在裝配時發生斷裂。採用能譜分析(EDS)、金相分析和掃描電鏡(SEM)對斷口進行瞭(le)宏觀和微觀檢測及分析。結果表明：彈簧在繞制過程中的殘餘拉應力以及在鍍前接觸瞭(le)含氫介質，緻使大量的氫殘留並(bìng)呈彌散分布形态，進而形成沿晶裂紋，在外力作用下，導緻彈簧沿晶脆性斷裂。

五、工作條件對(duì)彈(dàn)簧失效的影響:

1、負載狀況對(duì)彈(dàn)簧失效的影響

通用機械中受沖擊作用的彈簧很多，如噴油泵之柱塞彈簧。這種彈簧常在第二、三圈處折斷，因爲第二、三圈首先受到沖擊載荷且不能足夠快地傳給其它各圈，頭幾圈承受瞭(le)大部分沖擊，且比其各圈變(biàn)形大得多。

設計者應考慮到動力效應，盡可能避免一端的交變(biàn)運動與彈簧的自然頻率之一發生共振。但有時共振現象無法避免，應力幅度會增加5%以上，則要採(cǎi)取相應措施，例如採(cǎi)用較高的自然頻率，使其不與低次諧波共振。設計合理的凸輪外形,以降低工作階段的節距。減少彈簧端部的節距,以改變(biàn)沖擊時的自然頻率；對彈簧中部增用摩擦強迫阻尼。

嚴格說來，彈(dàn)簧工作時，載荷不可能作用在幾何中心線上，會形成偏心載荷，總偏一個距離e，這種負載偏心要産(chǎn)生附加的應力，而使彈(dàn)簧安全應力顯著減小，導緻彈(dàn)簧過早失效。另外彈(dàn)簧運行之初承受過載荷也非常危險，初期過載損傷的累積将降低彈(dàn)簧疲勞極限而導緻早期疲勞斷裂。

2、環境因素對(duì)彈(dàn)簧失效的影響

在腐蝕環境中承受交變(biàn)載荷将發生腐蝕疲勞，由於(yú)腐蝕環境能加速疲勞的萌生和擴展，因而會顯著降低彈簧的疲勞壽命。例如彈簧鋼試樣在淡水腐蝕下的持久極限僅是大氣中的10%～25%。

實例：對某電廠汽輪機主汽門操縱座彈簧的斷裂失效進行瞭(le)分析。結果表明：彈簧材料化學成分及組織都符合國家标準，導緻其早期疲勞斷裂的主要原因是彈簧表面的腐蝕坑（如圖5，圖6）；腐蝕坑是在彈簧使用前的放置過程中形成的，改善彈簧放置環境和縮短放置時間可以避免腐蝕坑的産(chǎn)生。

在彈簧類零件中，如螺旋壓縮彈簧的兩個端圈，拉伸彈簧的彎鈎，扭杆的固定端，闆簧的片與片之間都可能産(chǎn)生微動磨損（如圖7，圖8）。某公司的離合器減振彈簧在疲勞試驗中斷裂，經分析彈簧多處受到外力碰撞摩擦，造成彈簧過渡圈的接觸(chù)帶位置發生偏移，使得微振磨損不隻發生在一個平面上，造成不同微振磨損平面的交疊，導緻平面相交處的應力集中，導緻斷裂。

預防措施：可採(cǎi)取用抗腐蝕的材料或者在彈簧表面形成一個保護層(céng)的表面處理方法來解決。

3、微動(dòng)磨損(sǔn)及碰撞磕痕、凹坑

預防措施：除消除振動和改進結構設計外，採(cǎi)用各種表面處(chù)理如離子注入，化學熱處(chù)理以及噴丸、滾壓等表面硬化工藝，提高表面的耐磨和疲勞性能，可以提高其抵抗微動磨損的能力。而降低表面的摩擦系數即通過潤滑方式包括固體、半固體、及液體也可以減緩微動損傷的進程。

彈簧因爲表面磕痕、凹坑等引起彈簧失效的情況很多，在失效件中占很大比例。如某公司離合器從動盤彈簧由於(yú)彈簧表面存在的嚴重磕傷而導緻它過早疲勞斷裂（如圖9，圖10）。這種表面缺陷可能發生在彈簧制造過程中，也可能在使用過程中磕碰産(chǎn)生，制造過程前面已述，而在使用過程，使用者要檢查使用環境，避免彈簧受碰撞等。

4、工作溫度的影響

因不同的材料有不同的耐熱性能，溫度升高時，金屬會受熱膨脹，尺寸的相應變(biàn)化會改變(biàn)彈(dàn)簧的各種性能。不僅如此，彈(dàn)簧的彈(dàn)性模量E和切變(biàn)模量G下降，因此，即使在載荷不變(biàn)的條件下，彈(dàn)簧的變(biàn)形量将增大。而且，在應力、溫度和時間的共同作用下，變(biàn)形和松弛将是彈(dàn)簧失效的一個重要模式。

實例：採用琴鋼絲制造的壓縮機閥簧，如長時間在160℃以上工作，由於(yú)應力松弛和高度的減小，幾乎所有閥簧都被壓縮在閥座孔内，喪失瞭(le)閥簧的工作性能而失效。

低溫與高溫條件相反，低溫會使材料的彈性模量、硬度及強度增加，但其塑性和韌性下降，特别是當溫度低於(yú)該材料的冷脆轉變(biàn)溫度時，材料的脆性将非常嚴重，例如，在零下40℃時，在沖擊載荷條件下工作的彈簧往往會碎成幾段。