为什么弹簧会“累垮”

弹簧“累垮”，即弹簧疲劳失效，是指弹簧在反复加载和卸载的过程中，逐渐产生裂纹并最终断裂的现象。以下是导致弹簧疲劳失效的主要原因：

️1. 材料因素

材料缺陷：弹簧材料在生产过程中可能存在的非金属夹杂物、气泡、元素偏析等冶金缺陷，这些缺陷会成为应力集中源，导致疲劳裂纹的萌生。

屈服强度：材料的屈服强度与疲劳强度密切相关。一般来说，屈服强度越高，疲劳强度也越高。因此，选择高屈服强度的材料可以提高弹簧的疲劳寿命。

晶粒尺寸：细晶粒组织比粗晶粒组织具有更高的屈服强度，从而提高疲劳强度。

️2. 表面状态

表面缺陷：弹簧在加工过程中可能出现的裂纹、疵点和伤痕等表面缺陷，这些缺陷会成为疲劳裂纹的起源点。

表面粗糙度：表面粗糙度越大，应力集中越严重，疲劳强度越低。因此，通过磨削、抛光等方法降低表面粗糙度可以有效提高弹簧的疲劳寿命。

腐蚀影响：在腐蚀介质中工作的弹簧，表面会因点蚀或晶界腐蚀而形成疲劳源，在变应力作用下裂纹会逐步扩展，最终导致断裂。

️3. 加工与制造

加工工艺：弹簧在轧制、拉拔和卷制过程中产生的加工缺陷，如裂纹、伤痕等，会降低其疲劳强度。

残余应力：加工过程中产生的残余应力会影响弹簧的疲劳性能。例如，残余拉应力会降低疲劳强度，而残余压应力则可以提高疲劳寿命。

️4. 工作环境

温度：温度对弹簧的疲劳强度有显著影响。高温会降低材料的疲劳强度，而低温则可能提高疲劳强度。

腐蚀介质：在腐蚀环境中，交变载荷会加速疲劳裂纹的萌生和扩展，显著降低弹簧的疲劳寿命。

振动与加载条件：高频加载和振动环境会加速弹簧的疲劳损伤，缩短其疲劳寿命。

️5. 设计与使用

设计不合理：如果弹簧设计不合理，可能会导致受力不均匀、应力集中等问题，从而加速疲劳失效。

使用不当：例如，弹簧在使用过程中受到外力的碰撞和摩擦，或者在腐蚀环境中长时间放置，都可能导致疲劳裂纹的萌生和扩展。

️6. 微观机制

裂纹萌生与扩展：在高周疲劳（HCF）和超高周疲劳（VHCF）条件下，微裂纹在材料内部或表面萌生，并在循环应力作用下逐渐扩展，最终导致弹簧断裂。

氢脆：氢在材料中的扩散和聚集可能会导致氢脆现象，降低材料的疲劳强度。

综上所述，弹簧疲劳失效是多种因素共同作用的结果。要提高弹簧的疲劳寿命，需要从材料选择、表面处理、加工工艺、工作环境和设计合理性等多方面进行优化。