疲劳断裂
最常见的失效形式。螺旋压缩和拉伸弹簧的簧丝主要承受扭转切应力，裂纹多从簧圈内侧表面起裂，断面与簧丝轴线大致成四十五度。
弹簧的主要失效形式
氢脆延迟断裂
高强度弹簧经酸洗、电镀后除氢不充分，装配受力一段时间后突然断裂，断口沿晶特征明显，常在同批次中陆续出现。
腐蚀疲劳
涂层破损或长期潮湿的弹簧表面出现腐蚀坑，疲劳裂纹从坑底起裂，断口上可见腐蚀产物，常有多个起裂点。
松弛与永久变形
自由高度变短、负荷下降，不一定伴随断裂。多由工作应力偏高、温度偏高、材料强度不足或未经强压处理引起。
共振与喘振
激振频率与弹簧固有频率接近时，簧圈间产生沿轴向传播的波动，局部应力急剧升高并出现碰圈，导致早期疲劳断裂。
过载断裂与失稳
压并后继续受力、安装错误或冲击可使簧丝过载断裂；细长压簧在无导向或导向间隙过大时会侧弯失稳。
磨损
簧圈与导杆、导孔或相邻簧圈摩擦，形成磨痕并削弱截面，磨痕处常成为疲劳源。
为什么疲劳裂纹多从簧圈内侧起裂
螺旋弹簧受轴向载荷时，簧丝截面主要承受扭矩，同时有一部分直接剪切。由于簧丝弯成螺旋，簧圈内侧的纤维比外侧短，应力分布不均，内侧表面的切应力最高；旋绕比越小，即弹簧中径相对簧丝直径越小，这种曲率效应越明显。因此，在材料和表面状态均匀的前提下，疲劳裂纹最可能出现在簧圈内侧。
扭转切应力对应的最大拉应力方向与簧丝轴线成四十五度，高强度簧丝的疲劳裂纹通常沿这一方向扩展，形成斜向断口。如果起裂点位于簧圈外侧或侧面，说明那里存在比内侧更严重的局部问题，例如划伤、折叠、磨痕、腐蚀坑或局部脱碳，分析时应重点检查起裂点的表面状态。
经充分喷丸的高强度弹簧，表面残余压应力会抑制表面起裂，疲劳源可能移到表层以下的非金属夹杂物处，断口上呈现以夹杂物为中心的圆形区域。这类断裂与簧丝材料纯净度有关，不能简单归为喷丸不良。卷簧后未及时去应力回火时，簧圈内侧残留的拉应力会进一步降低疲劳强度。
拉伸弹簧的钩环弯曲处同时受弯曲和扭转，常常比簧圈本体更早断裂；扭转弹簧的簧丝主要承受弯曲应力，同样以簧圈内侧最为不利；板簧则从受拉面、中心螺栓孔和卡箍压紧处起裂，片间的微动磨损也是常见起源。
断口与损伤特征对照
| 观察到的现象 | 可能原因 | 建议核查 |
|---|---|---|
| 簧圈内侧起裂，断面约四十五度，扩展区平滑 | 工作应力偏高、喷丸不足或卷簧残余拉应力 | 核算工作应力与行程，测量表面残余应力，核对喷丸与去应力记录 |
| 起裂点在表面纵向缺陷处 | 盘条或簧丝的折叠、拉丝划伤 | 截面金相观察缺陷是否带氧化与脱碳，判断是原材料缺陷还是加工损伤 |
| 起裂点附近表层硬度偏低 | 脱碳 | 测量脱碳层深度和显微硬度梯度 |
| 起裂点在表层以下夹杂物处 | 簧丝纯净度不足 | 能谱分析夹杂物成分，评定夹杂物级别 |
| 起裂点有腐蚀坑和腐蚀产物 | 腐蚀疲劳，涂层破损或防护不足 | 检查涂层附着力和破损情况，分析腐蚀产物 |
| 装配后不久断裂，断口沿晶 | 电镀或酸洗引入的氢脆 | 核对电镀与除氢时间和温度，扫描电镜确认沿晶比例 |
| 多根弹簧在相近位置断裂，簧圈表面有碰撞亮痕 | 共振喘振，碰圈 | 测量弹簧固有频率与运行激振频率，检查碰圈痕迹 |
| 起裂点在磨痕处 | 簧圈与导杆、导孔或相邻簧圈摩擦 | 检查导向间隙和同心度，观察磨痕方向 |
| 支承圈与有效圈过渡处断裂 | 端圈接触不良、端面磨削烧伤或过渡圈局部应力集中 | 检查端面磨削质量与端圈形状 |
| 自由高度变短但未断 | 松弛或永久变形 | 测量负荷与高度关系，检查硬度、工作温度和强压处理记录 |
材料、热处理与表面处理因素
表面质量
弹簧对表面缺陷非常敏感。盘条的折叠和结疤、拉丝划伤、卷簧工具压痕、矫直损伤都可能成为疲劳源。重要弹簧通常选用表面经过检查或剥皮处理的簧丝。
脱碳
热卷弹簧加热和淬火、盘条轧制过程中都可能产生表面脱碳。脱碳层强度低，残余压应力难以建立，疲劳强度明显下降。
热处理
硬度过低时容易松弛和永久变形；硬度过高则缺口敏感性和氢脆敏感性增大。淬火不足、回火不当、晶粒粗大都会影响疲劳性能。
喷丸
喷丸在表层形成残余压应力，是提高弹簧疲劳强度的关键工序。覆盖率不足、强度不够、弹丸破碎或尺寸不当都会削弱效果；喷丸后再经温度过高的加热，残余压应力会松弛。
强压处理
让弹簧在高于工作载荷的条件下预先产生少量塑性变形，可提高抗松弛能力。省略或不足时，使用中更容易出现高度降低。
电镀与涂装
电镀和酸洗会向高强度钢中引入氢，必须及时除氢；涂层主要用于防腐，但涂层下若有腐蚀或涂层被砂石击伤，反而会集中腐蚀。
共振与喘振的识别
弹簧本身是一个分布质量的弹性体，具有一系列固有频率。当凸轮、往复机构或设备振动中的某个频率成分接近弹簧固有频率时，簧圈之间会出现来回传播的压缩波，局部簧圈的变形和应力远大于静态计算值，相邻簧圈可能相互撞击。这就是常说的喘振，常见于气门弹簧、压缩机阀片弹簧和高频往复机构中的弹簧。
喘振引起的断裂有几个线索：同一设备中多根弹簧在相近的簧圈位置断裂；簧圈表面有成对的碰撞亮痕；断裂集中在某一转速或频率区间运行之后；更换为同规格弹簧后问题重复出现。现场可以测量运行中的振动频谱和激励源频率，并对弹簧做固有频率测试，比较两者是否接近。
改进的方向是让固有频率避开激振频率或增加阻尼，例如改变簧丝直径与圈数、采用变节距弹簧使部分簧圈逐步并紧、采用旋向相反的内外组合弹簧、增加摩擦阻尼元件，或调整运行转速范围。
现场与实验室检查要点
- 现场记录记录断裂弹簧在设备中的位置、断裂发生在第几圈、同组弹簧的状态、安装高度和导向间隙，收集全部断段并防止断口相互敲击。
- 运行条件核查确认实际行程、工作频率和温度，检查是否压并或超行程；怀疑共振时测量运行振动频谱并测弹簧固有频率。
- 几何与性能测量测量簧丝直径、中径、自由高度、节距、总圈数和端圈形状，做负荷与高度测试，与图纸和未失效弹簧比较。
- 断口分析确定起裂位置在内侧、外侧还是端圈过渡处，判断断面角度和扩展方式，用扫描电镜识别疲劳、沿晶或腐蚀特征，检查源区缺陷与夹杂物。
- 材料与表面检验做化学成分、硬度与显微硬度梯度、金相组织、脱碳层和夹杂物检验，用残余应力测试核查喷丸效果，检查涂层与镀层。
送样资料与改进方向
- 送样：断裂弹簧的全部断段、同组未断弹簧、同批次未使用的新弹簧，以及相关的导杆、弹簧座或阀片。
- 资料：弹簧图纸与负荷要求，材料牌号与簧丝质量证明，卷簧、热处理、喷丸、强压处理、电镀与除氢、涂装的工艺记录，安装高度与工作行程，工作频率、温度和介质环境，失效前的运行时间与工况变化。
- 降低应力：在空间允许时增大簧丝直径或调整圈数和旋绕比，避免旋绕比过小造成内侧应力过高。
- 提高表面质量：选用表面检查合格的簧丝，控制卷簧和端面磨削损伤，加强脱碳控制。
- 强化表面：规范喷丸参数并检查覆盖率，必要时采用应力喷丸或复合喷丸，喷丸后避免温度过高的工序。
- 抗松弛：确认硬度满足要求并进行强压处理，高温工况选用耐热弹簧材料。
- 防氢脆：高强度弹簧尽量避免电镀，必须电镀时在规定时间内充分除氢，或改用不易引入氢的防护工艺。
- 防腐蚀：采用耐冲击的防护涂层，减少积水和泥沙附着，腐蚀严重的环境选用耐蚀材料。
- 防共振：通过固有频率设计、变节距或组合弹簧和阻尼措施避开激振频率，并做好导向，减少碰圈与摩擦。
北京与杭州的分工
北京团队负责现场调查、振动相关测试和综合分析；需要实验室仪器分析的部分，可由集团杭州实验室承接。具体由哪个实验室完成哪些项目、报告是否带 CMA、CNAS 标志，在方案和报价中写明。
常见问题
同一批弹簧断了好几根，是材料问题吗？
有可能，但也要考虑工艺和使用。批量断裂可能来自簧丝缺陷、脱碳、喷丸不足或电镀除氢不良，也可能来自共振或行程超出设计。对比断裂件和未断件的起裂位置、断口和材料检验，才能区分。
弹簧没断但变短了，算质量问题吗？
要看程度和原因。工作应力偏高、温度偏高、硬度不足或未做强压处理都会导致松弛。通过负荷测试、硬度检验和工艺记录核查，可以判断是设计余量不足、制造不符合要求还是使用条件超出范围。
镀锌弹簧装上去几天就断了，是什么原因？
高度怀疑氢脆。电镀和酸洗会把氢带入高强度钢，除氢不及时或不充分时，弹簧在装配应力下会发生延迟断裂，断口多呈沿晶。需要核查除氢工艺记录并做断口分析确认。
弹簧断口为什么是斜的？
螺旋弹簧的簧丝主要受扭转，最大拉应力方向与簧丝轴线约成四十五度，疲劳裂纹沿这个方向扩展，所以断口呈斜面。斜断口本身是正常现象，关键要看起裂点在哪里、有没有缺陷。
怎么判断弹簧断裂和共振有关？
如果多根弹簧在相近簧圈断裂、簧圈有碰撞亮痕、问题集中在某一转速区间，就要怀疑共振。现场测量运行振动频谱与弹簧固有频率，两者接近即可基本确认，再通过调整设计验证。