弹簧的失效模式有断裂失效和松弛失效。
在未达到服役要求,因断裂或开裂,使弹簧完全丧失功能就是断裂失效。这种失效在弹簧服役过程中是很常见的。因为弹簧在应用时的数量是很大的,往往以几十万上百万为批量。因此材料的均匀程度、有害元素的多少、非金属夹杂物的尺寸及数量、线材加工中的外部损伤、内部缺陷、特别是表面的缺陷等,在长期的服役过程中失效的概率是很高的。而对于一些重要用途的弹簧,在质量上的要求又十分严格,允许的失效率为百万分之几(ppm)。这样的条件是需要认真对待的。包括从材料的选择、表面缺陷的分选、加工过程中的调试和运输、表面防护等,都必须严格控制,杜绝一切对寿命有害的因素。
因弹簧在使用过程中材料处在一定的应变状态,材料内部的晶粒尺寸不同,在同一应变状态下局部应力有较大的差异。这样应力集中的地方容易产生永久性的位错。一定数量的局部位错在宏观上表现为确定位置下的弹簧力变小了,或是在相同力的条件下位移增大了,这就是松弛失效。松弛失效使弹簧部分丧失功能,如果弹簧的功能很重要也相当于完全丧失功能。
这两类失效的原理完全不同,断裂失效属于偶然失效,它取决于足够大的缺陷存在与否。而松弛失效属于必然失效,仅仅是失效程度不同而已。针对不同的失效方式,在设计弹簧时应作相对应的考虑。当前,越来越多的产品对两种失效同时考核,其中有的产品可分为主要失效和次要失效;而有些产品出现连带失效,如先产生松弛失效,载荷不减小,造成位移增加,断裂失效相继产生。
弹簧产品的失效问题是质量的核心问题,永远是供需双方的课题。市场经济的条件下,还有解决失效的成本问题,成本高的材料或工艺手段无法进入市场。