工程上机械零部件的失效可以分为过量变形失效、断裂失效和表面损伤失效三大类。其中弹簧表面损伤的失效模式主要有以下三种。

１）磨损失效：相互接触的零件表面在工作载荷下相互运动及相关环境作用下发生的表面变化及材料损失引起的损伤而导致其正常功能的丧失。磨损主要有黏着磨损和磨料磨损两种模式。

２）接触疲劳失效：两个接触物体相对滚动或滑动或两者复合作用的摩擦状态在接触区形成的交变应力超过其疲劳强度的情况下在表层及次表层引发裂纹并逐步扩展，最后因部分材料断裂剥落的表面损伤导致的失效。

３）腐蚀失效：卷簧弹簧表面在周围介质的作用下产生的腐蚀而改变材料表面的性质会导致弹簧丧失其功能而失效。

２弹簧的腐蚀失效

弹簧表面在周围介质的作用下产生的腐蚀反应将改变材料表面的性质会导致弹簧丧失其功能而失效。

弹簧的腐蚀按其反应的类型可分为化学腐蚀及电化学腐蚀，它们都是弹簧表面金属原子的变化或电子得失变成离子状态的结果。

如卷簧弹簧表面金属只单纯与周围介质发生化学反应而使引起表面腐蚀称化学腐蚀。例如弹簧在特别干燥的大气中会氧化形成氧化膜，以及弹簧在非电解质液体中与该液体或该液体中的杂质发生化学变化等，属于化学腐蚀。

如果弹簧与电解质溶液接触，由于微电池的作用而产生的腐蚀为电化学腐蚀。例如当弹簧与酸性或盐类溶液接触，由于弹簧缺陷或杂质等原因而形成电位差不同的电极以致弹簧不断受到电解腐蚀；又例如当弹簧处在潮湿大气中，由于大气中的腐蚀性气体（如工业废气中的二氧化硫和硫化氢或海洋大气中的盐雾等）溶解于弹簧表面的水膜或水珠中形成电解质。再加上弹簧表面金属的杂质或缺陷亦可形成微电池而不断产生电解腐蚀。这些都是电解腐蚀。

弹簧的腐蚀按其工作环境或条件，还可分为介质腐蚀、接触腐蚀和应力腐蚀。介质腐蚀是由于弹簧处在腐蚀性介质中而产生的腐蚀，一般会使整个弹簧都受到腐蚀破坏。例如化工设备或海洋船舶上的弹簧往往经受介质腐蚀。接触腐蚀是由于弹簧与电极电位不同的金属长期接触而引起的腐蚀，它是一种局部腐蚀。例如弹簧端部与其他金属相接触部分的腐蚀。应力腐蚀则是在应力和腐蚀介质联合作用下产生的一种失效模式，它往往会导致弹簧的断裂而造成事故。

３卷簧的应力腐蚀和腐蚀疲劳模式

应力腐蚀和腐蚀疲劳不是单纯的腐蚀失效而是由腐蚀和应力（包括载荷应力与残余应力）的共同作用而产生的失效，是弹簧与腐蚀有关的较常见的失效现象。而应力腐蚀不仅产生于弹簧使用过程中，在弹簧制造和储运过程中也会产生，往往会造成批量产品失效的严重事故。

弹簧的应力腐蚀失效应力腐蚀开裂是在应力与化学腐蚀共同作用下发生的一种失效模式，它与单纯由机械载荷应力造成的破坏不同，在极低的应力水平下就可能产生破坏；与单纯因腐蚀引起的破坏也不同，由于应力的存在，即使腐蚀性极弱的介质也可能引起应力腐蚀开裂。

应力腐蚀开裂（Stresscorrosion Cracking，缩写为SCC）失效是金属材料在应力（包括外加载荷及残余应力等）和特定的化学介质协同作用下发生的脆性断裂失效现象。

广义的应力腐蚀开裂按机理可以分为氢致开裂型和阳极溶解型两类。这里论述的是弹簧的阳极溶解型的SCC，不涉及氢致开裂型的应力腐蚀开裂问题。所以下文中的“应力腐蚀开裂”均指阳极溶解型的应力腐蚀开裂。应力腐蚀的开裂过程包括裂纹的萌生、裂纹的扩展和金属的断裂三个阶段。裂纹的萌生是在应力和腐蚀反应的共同作用下因表面保护膜（氧化膜）的局部破裂或点蚀坑而诱发的，如图１所示。

金属零件发生应力腐蚀开裂必须同时满足材料、应力、环境三者的特定条件。对于不同的材料只要在特定的腐蚀环境下当承受一定的应力时就有可能产生应力腐蚀开裂。弹簧钢丝都是经过处理后的高强度材料，这种高强度（高硬度）材料对应力腐蚀开裂的敏感性较高。

例如导丝弹簧在卷簧后的去应力回火工序有延误的情况，由于周围环境是潮湿的工业大气，实际上具备了产生应力腐蚀的必要条件。在未进行去应力回火的时间段内，在卷簧时产生的弹簧内圈的

残余拉应力与环境气氛的共同作用下，弹簧内侧表面产生应力腐蚀开裂并逐步扩展。这种带有裂纹的弹簧在组装或疲劳试验时就会发生断裂。

应力腐蚀开裂的发生明确地与材料、环境介质和应力这三个因素有关，所以只要根据情况调整和改变其中的一个或两个因素，便可使样品或零件的SCC获得减缓或得到完全避免。

（２）弹簧的腐蚀疲劳失效腐蚀疲劳断裂是腐蚀环境和交变应力同时起作用而造成断裂的复合失效模式。活性腐蚀介质会加强疲劳裂纹的萌生与扩展，疲劳载荷也会加速腐蚀过程。两者的互相促进加速了零件的失效过程，因此腐蚀疲劳失效是一种更危险的失效形式。

弹簧产品多数承受交变应力载荷，因此疲劳断裂是弹簧失效的最主要的形式之一。而一般的弹簧所处的工作环境多有腐蚀性的气氛，所以腐蚀疲劳失效的问题已逐渐突出起来，如汽车底盘的悬架弹簧因直接暴露在车辆行驶的环境中，如果弹簧表面的防护层一旦遭到破坏，就会引发导丝弹簧的腐蚀疲劳，而悬架弹簧表面很容易受到砂石的冲击，发生防护层脱落的几率不小，特别是当前冬季道路广泛使用融雪剂会使环境更具腐蚀性，腐蚀疲劳已经成为悬架弹簧设计制造中必须考虑的首要问题。现在除了对弹簧表面防护的要求更严格外对用于悬架弹簧的弹簧钢新钢种的合金化设计中也增加了适当提高钢材本身耐蚀性的考虑。

4弹簧的表面处理

为了防止弹簧的腐蚀破坏，一般应对弹簧进行表面处理使弹簧表面覆盖一层保护层。根据保护层的性质，工程中常用的保护层分为以下几类：

１）化学保护层：利用化学反应的方法使弹簧表面生成一层致密的保护膜，以防止弹簧表面腐蚀。这就是金属表面转化膜技术，弹簧常用的转化膜技术有氧化处理（也称发蓝或发黑）和磷化处理。

２）金属保护层：就弹簧而言一般采用金属表面镀层技术即电镀的方法来获得金属保护层。电镀保护层不但可以保护弹簧不受腐蚀，同时还能起到装饰作用。有些电镀金属保护层还能改善弹簧的工作性能，如提高表面硬度、增加耐磨性、提高热稳定性、防止射线腐蚀等。弹簧的表面镀层一般为镀锌层和镀镉层。

３）非金属保护层：这种非金属保护层是在弹簧表面喷涂或浸涂一层有机物或矿物质。属于这类保护层的材料有油漆、沥青、涂料、润滑油、塑料、石蜡等。

４）暂时性保护层：这种保护层主要用于防止弹簧在加工过程的工序间或仓库存放时被腐蚀。常用的暂时性保护层有浸蜡、涂防锈水、包防锈纸或可剥性塑料等。

广义的金属表面处理技术除以上所述的几类外还有表面热处理和表面化学热处理等表面改性技术与喷丸、滚压等表面强化处理技术，而本章的内容仅限于为提高弹簧表面的防腐性能的表面保护膜技术。这类弹簧表面处理技术，不管其保护膜的类型是什么，都应该包括表面处理前的预处理和表面处理这两个工序。