工程上機(jī)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(yùn)動(dòng)及相關(guān)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(dǎo)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(gè)接觸物體相對(duì)滾動(dòng)或滑動(dòng)或兩者復(fù)合作用的摩擦狀態(tài)在接觸區(qū)形成的交變應(yīng)力超過其疲勞強(qiáng)度的情況下在表層及次表層引發(fā)裂紋并逐步擴(kuò)展，最后因部分材料斷裂剝落的表面損傷導(dǎo)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(huì)導(dǎo)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(yīng)將改變材料表面的性質(zhì)會(huì)導(dǎo)致彈簧喪失其功能而失效。

彈簧的腐蝕按其反應(yīng)的類型可分為化學(xué)腐蝕及電化學(xué)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(jié)果。

如卷簧彈簧表面金屬只單純與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而使引起表面腐蝕稱化學(xué)腐蝕。例如彈簧在特別干燥的大氣中會(huì)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(xué)變化等，屬于化學(xué)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(xué)腐蝕。例如當(dāng)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(dāng)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(yīng)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(huì)使整個(gè)彈簧都受到腐蝕破壞。例如化工設(shè)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(yīng)力腐蝕則是在應(yīng)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(huì)導(dǎo)致彈簧的斷裂而造成事故。

３卷簧的應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞模式

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

彈簧的應(yīng)力腐蝕失效應(yīng)力腐蝕開裂是在應(yīng)力與化學(xué)腐蝕共同作用下發(fā)生的一種失效模式，它與單純由機(jī)械載荷應(yīng)力造成的破壞不同，在極低的應(yīng)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(yīng)力的存在，即使腐蝕性極弱的介質(zhì)也可能引起應(yīng)力腐蝕開裂。

應(yīng)力腐蝕開裂（Stresscorrosion Cracking，縮寫為SCC）失效是金屬材料在應(yīng)力（包括外加載荷及殘余應(yīng)力等）和特定的化學(xué)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(yīng)力腐蝕開裂按機(jī)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(yīng)力腐蝕開裂問題。所以下文中的“應(yīng)力腐蝕開裂”均指陽極溶解型的應(yīng)力腐蝕開裂。應(yīng)力腐蝕的開裂過程包括裂紋的萌生、裂紋的擴(kuò)展和金屬的斷裂三個(gè)階段。裂紋的萌生是在應(yīng)力和腐蝕反應(yīng)的共同作用下因表面保護(hù)膜（氧化膜）的局部破裂或點(diǎn)蝕坑而誘發(fā)的，如圖１所示。

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

例如導(dǎo)絲彈簧在卷簧后的去應(yīng)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(shí)際上具備了產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的必要條件。在未進(jìn)行去應(yīng)力回火的時(shí)間段內(nèi)，在卷簧時(shí)產(chǎn)生的彈簧內(nèi)圈的

殘余拉應(yīng)力與環(huán)境氣氛的共同作用下，彈簧內(nèi)側(cè)表面產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂并逐步擴(kuò)展。這種帶有裂紋的彈簧在組裝或疲勞試驗(yàn)時(shí)就會(huì)發(fā)生斷裂。

應(yīng)力腐蝕開裂的發(fā)生明確地與材料、環(huán)境介質(zhì)和應(yīng)力這三個(gè)因素有關(guān)，所以只要根據(jù)情況調(diào)整和改變其中的一個(gè)或兩個(gè)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(yīng)力同時(shí)起作用而造成斷裂的復(fù)合失效模式?；钚愿g介質(zhì)會(huì)加強(qiáng)疲勞裂紋的萌生與擴(kuò)展，疲勞載荷也會(huì)加速腐蝕過程。兩者的互相促進(jìn)加速了零件的失效過程，因此腐蝕疲勞失效是一種更危險(xiǎn)的失效形式。

彈簧產(chǎn)品多數(shù)承受交變應(yīng)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(hù)層一旦遭到破壞，就會(huì)引發(fā)導(dǎo)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(hù)層脫落的幾率不小，特別是當(dāng)前冬季道路廣泛使用融雪劑會(huì)使環(huán)境更具腐蝕性，腐蝕疲勞已經(jīng)成為懸架彈簧設(shè)計(jì)制造中必須考慮的首要問題?，F(xiàn)在除了對(duì)彈簧表面防護(hù)的要求更嚴(yán)格外對(duì)用于懸架彈簧的彈簧鋼新鋼種的合金化設(shè)計(jì)中也增加了適當(dāng)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(yīng)對(duì)彈簧進(jìn)行表面處理使彈簧表面覆蓋一層保護(hù)層。根據(jù)保護(hù)層的性質(zhì)，工程中常用的保護(hù)層分為以下幾類：

１）化學(xué)保護(hù)層：利用化學(xué)反應(yīng)的方法使彈簧表面生成一層致密的保護(hù)膜，以防止彈簧表面腐蝕。這就是金屬表面轉(zhuǎn)化膜技術(shù)，彈簧常用的轉(zhuǎn)化膜技術(shù)有氧化處理（也稱發(fā)藍(lán)或發(fā)黑）和磷化處理。

２）金屬保護(hù)層：就彈簧而言一般采用金屬表面鍍層技術(shù)即電鍍的方法來獲得金屬保護(hù)層。電鍍保護(hù)層不但可以保護(hù)彈簧不受腐蝕，同時(shí)還能起到裝飾作用。有些電鍍金屬保護(hù)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(hù)層：這種非金屬保護(hù)層是在彈簧表面噴涂或浸涂一層有機(jī)物或礦物質(zhì)。屬于這類保護(hù)層的材料有油漆、瀝青、涂料、潤滑油、塑料、石蠟等。

４）暫時(shí)性保護(hù)層：這種保護(hù)層主要用于防止彈簧在加工過程的工序間或倉庫存放時(shí)被腐蝕。常用的暫時(shí)性保護(hù)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(shù)除以上所述的幾類外還有表面熱處理和表面化學(xué)熱處理等表面改性技術(shù)與噴丸、滾壓等表面強(qiáng)化處理技術(shù)，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(hù)膜技術(shù)。這類彈簧表面處理技術(shù)，不管其保護(hù)膜的類型是什么，都應(yīng)該包括表面處理前的預(yù)處理和表面處理這兩個(gè)工序。