工程上機械零部件的失效可以分為過量變形失效、斷裂失效和表面損傷失效三大類。其中彈簧表面損傷的失效模式主要有以下三種。

１）磨損失效：相互接觸的零件表面在工作載荷下相互運動及相關環(huán)境作用下發(fā)生的表面變化及材料損失引起的損傷而導致其正常功能的喪失。磨損主要有黏著磨損和磨料磨損兩種模式。

２）接觸疲勞失效：兩個接觸物體相對滾動或滑動或兩者復合作用的摩擦狀態(tài)在接觸區(qū)形成的交變應力超過其疲勞強度的情況下在表層及次表層引發(fā)裂紋并逐步擴展，最后因部分材料斷裂剝落的表面損傷導致的失效。

３）腐蝕失效：卷簧彈簧表面在周圍介質(zhì)的作用下產(chǎn)生的腐蝕而改變材料表面的性質(zhì)會導致彈簧喪失其功能而失效。

２彈簧的腐蝕失效

彈簧表面在周圍介質(zhì)的作用下產(chǎn)生的腐蝕反應將改變材料表面的性質(zhì)會導致彈簧喪失其功能而失效。

彈簧的腐蝕按其反應的類型可分為化學腐蝕及電化學腐蝕，它們都是彈簧表面金屬原子的變化或電子得失變成離子狀態(tài)的結果。

如卷簧彈簧表面金屬只單純與周圍介質(zhì)發(fā)生化學反應而使引起表面腐蝕稱化學腐蝕。例如彈簧在特別干燥的大氣中會氧化形成氧化膜，以及彈簧在非電解質(zhì)液體中與該液體或該液體中的雜質(zhì)發(fā)生化學變化等，屬于化學腐蝕。

如果彈簧與電解質(zhì)溶液接觸，由于微電池的作用而產(chǎn)生的腐蝕為電化學腐蝕。例如當彈簧與酸性或鹽類溶液接觸，由于彈簧缺陷或雜質(zhì)等原因而形成電位差不同的電極以致彈簧不斷受到電解腐蝕；又例如當彈簧處在潮濕大氣中，由于大氣中的腐蝕性氣體（如工業(yè)廢氣中的二氧化硫和硫化氫或海洋大氣中的鹽霧等）溶解于彈簧表面的水膜或水珠中形成電解質(zhì)。再加上彈簧表面金屬的雜質(zhì)或缺陷亦可形成微電池而不斷產(chǎn)生電解腐蝕。這些都是電解腐蝕。

彈簧的腐蝕按其工作環(huán)境或條件，還可分為介質(zhì)腐蝕、接觸腐蝕和應力腐蝕。介質(zhì)腐蝕是由于彈簧處在腐蝕性介質(zhì)中而產(chǎn)生的腐蝕，一般會使整個彈簧都受到腐蝕破壞。例如化工設備或海洋船舶上的彈簧往往經(jīng)受介質(zhì)腐蝕。接觸腐蝕是由于彈簧與電極電位不同的金屬長期接觸而引起的腐蝕，它是一種局部腐蝕。例如彈簧端部與其他金屬相接觸部分的腐蝕。應力腐蝕則是在應力和腐蝕介質(zhì)聯(lián)合作用下產(chǎn)生的一種失效模式，它往往會導致彈簧的斷裂而造成事故。

３卷簧的應力腐蝕和腐蝕疲勞模式

應力腐蝕和腐蝕疲勞不是單純的腐蝕失效而是由腐蝕和應力（包括載荷應力與殘余應力）的共同作用而產(chǎn)生的失效，是彈簧與腐蝕有關的較常見的失效現(xiàn)象。而應力腐蝕不僅產(chǎn)生于彈簧使用過程中，在彈簧制造和儲運過程中也會產(chǎn)生，往往會造成批量產(chǎn)品失效的嚴重事故。

彈簧的應力腐蝕失效應力腐蝕開裂是在應力與化學腐蝕共同作用下發(fā)生的一種失效模式，它與單純由機械載荷應力造成的破壞不同，在極低的應力水平下就可能產(chǎn)生破壞；與單純因腐蝕引起的破壞也不同，由于應力的存在，即使腐蝕性極弱的介質(zhì)也可能引起應力腐蝕開裂。

應力腐蝕開裂（Stresscorrosion Cracking，縮寫為SCC）失效是金屬材料在應力（包括外加載荷及殘余應力等）和特定的化學介質(zhì)協(xié)同作用下發(fā)生的脆性斷裂失效現(xiàn)象。

廣義的應力腐蝕開裂按機理可以分為氫致開裂型和陽極溶解型兩類。這里論述的是彈簧的陽極溶解型的SCC，不涉及氫致開裂型的應力腐蝕開裂問題。所以下文中的“應力腐蝕開裂”均指陽極溶解型的應力腐蝕開裂。應力腐蝕的開裂過程包括裂紋的萌生、裂紋的擴展和金屬的斷裂三個階段。裂紋的萌生是在應力和腐蝕反應的共同作用下因表面保護膜（氧化膜）的局部破裂或點蝕坑而誘發(fā)的，如圖１所示。

金屬零件發(fā)生應力腐蝕開裂必須同時滿足材料、應力、環(huán)境三者的特定條件。對于不同的材料只要在特定的腐蝕環(huán)境下當承受一定的應力時就有可能產(chǎn)生應力腐蝕開裂。彈簧鋼絲都是經(jīng)過處理后的高強度材料，這種高強度（高硬度）材料對應力腐蝕開裂的敏感性較高。

例如導絲彈簧在卷簧后的去應力回火工序有延誤的情況，由于周圍環(huán)境是潮濕的工業(yè)大氣，實際上具備了產(chǎn)生應力腐蝕的必要條件。在未進行去應力回火的時間段內(nèi)，在卷簧時產(chǎn)生的彈簧內(nèi)圈的

殘余拉應力與環(huán)境氣氛的共同作用下，彈簧內(nèi)側表面產(chǎn)生應力腐蝕開裂并逐步擴展。這種帶有裂紋的彈簧在組裝或疲勞試驗時就會發(fā)生斷裂。

應力腐蝕開裂的發(fā)生明確地與材料、環(huán)境介質(zhì)和應力這三個因素有關，所以只要根據(jù)情況調(diào)整和改變其中的一個或兩個因素，便可使樣品或零件的SCC獲得減緩或得到完全避免。

（２）彈簧的腐蝕疲勞失效腐蝕疲勞斷裂是腐蝕環(huán)境和交變應力同時起作用而造成斷裂的復合失效模式?；钚愿g介質(zhì)會加強疲勞裂紋的萌生與擴展，疲勞載荷也會加速腐蝕過程。兩者的互相促進加速了零件的失效過程，因此腐蝕疲勞失效是一種更危險的失效形式。

彈簧產(chǎn)品多數(shù)承受交變應力載荷，因此疲勞斷裂是彈簧失效的最主要的形式之一。而一般的彈簧所處的工作環(huán)境多有腐蝕性的氣氛，所以腐蝕疲勞失效的問題已逐漸突出起來，如汽車底盤的懸架彈簧因直接暴露在車輛行駛的環(huán)境中，如果彈簧表面的防護層一旦遭到破壞，就會引發(fā)導絲彈簧的腐蝕疲勞，而懸架彈簧表面很容易受到砂石的沖擊，發(fā)生防護層脫落的幾率不小，特別是當前冬季道路廣泛使用融雪劑會使環(huán)境更具腐蝕性，腐蝕疲勞已經(jīng)成為懸架彈簧設計制造中必須考慮的首要問題?，F(xiàn)在除了對彈簧表面防護的要求更嚴格外對用于懸架彈簧的彈簧鋼新鋼種的合金化設計中也增加了適當提高鋼材本身耐蝕性的考慮。

4彈簧的表面處理

為了防止彈簧的腐蝕破壞，一般應對彈簧進行表面處理使彈簧表面覆蓋一層保護層。根據(jù)保護層的性質(zhì)，工程中常用的保護層分為以下幾類：

１）化學保護層：利用化學反應的方法使彈簧表面生成一層致密的保護膜，以防止彈簧表面腐蝕。這就是金屬表面轉化膜技術，彈簧常用的轉化膜技術有氧化處理（也稱發(fā)藍或發(fā)黑）和磷化處理。

２）金屬保護層：就彈簧而言一般采用金屬表面鍍層技術即電鍍的方法來獲得金屬保護層。電鍍保護層不但可以保護彈簧不受腐蝕，同時還能起到裝飾作用。有些電鍍金屬保護層還能改善彈簧的工作性能，如提高表面硬度、增加耐磨性、提高熱穩(wěn)定性、防止射線腐蝕等。彈簧的表面鍍層一般為鍍鋅層和鍍鎘層。

３）非金屬保護層：這種非金屬保護層是在彈簧表面噴涂或浸涂一層有機物或礦物質(zhì)。屬于這類保護層的材料有油漆、瀝青、涂料、潤滑油、塑料、石蠟等。

４）暫時性保護層：這種保護層主要用于防止彈簧在加工過程的工序間或倉庫存放時被腐蝕。常用的暫時性保護層有浸蠟、涂防銹水、包防銹紙或可剝性塑料等。

廣義的金屬表面處理技術除以上所述的幾類外還有表面熱處理和表面化學熱處理等表面改性技術與噴丸、滾壓等表面強化處理技術，而本章的內(nèi)容僅限于為提高彈簧表面的防腐性能的表面保護膜技術。這類彈簧表面處理技術，不管其保護膜的類型是什么，都應該包括表面處理前的預處理和表面處理這兩個工序。