压缩弹簧的断裂和变软，来自两种不同的受力

压缩弹簧坏了，现场常分成两种完全不同的样子。一种是簧丝断了，断口附近能看到一圈一圈推进的痕迹，最后才撕开。另一种是弹簧还完整，自由高度却矮了一截，装回去以后力明显不够。前一种多半是交变受力下的疲劳，后一种多半是长期压着不动造成的应力松弛或一次压过了弹性极限。两种更换思路不一样，只按外形领一根新弹簧，经常把原来的受力方式又装了回去。

交变受力时，裂纹从簧丝内侧开始

弹簧每压缩一次再放开，簧丝表面的应力就变化一个循环。圈簧内侧的曲率更大，同样的扭矩下，内侧应力高于外侧，所以疲劳裂纹几乎都从内侧表面起。表面若有碰伤、锈坑、材料折叠，裂纹会从这些缺陷出发。断口上先是光滑的疲劳区，面积慢慢扩大，剩余截面承受不住时才一次性断开，所以断口往往一边细腻、一边粗糙。

这种损坏和循环次数关系大，和“弹簧看起来还挺粗”关系不大。工作行程里应力幅越大，寿命越短。有的机构为了加大力，把弹簧压缩到并圈，圈与圈撞击，表面应力会再加一截，疲劳会快很多。喷丸能在表面留下压应力，延缓裂纹萌生，对疲劳有帮助。已经有裂纹的弹簧，喷丸救不回来。

还有一种断法来自共振。弹簧自身有一个沿轴线伸缩的固有频率，凸轮或电磁铁的动作频率若靠近它，簧圈会互相撞击，端部几圈先出现亮印，随后从端部断开。这时加粗线径会同时改变刚度和固有频率，不一定更安全。要先量工作频率和弹簧的自振频率离得远不远，必要时改节距或加阻尼，而不是只换更硬的簧。

一直压着时，高度会慢慢变矮

应力松弛发生在弹簧长时间停在某一压缩高度的时候。应力一直在，温度若还偏高，材料内部会有极小的塑性调整，自由高度变矮，弹力下降，簧丝上却没有裂纹。阀门、制动器、模具里长期预紧的弹簧，常见这种变软。温度每高一档，松弛明显加快。喷丸对这种损坏帮助很小，因为它不是表面裂纹的问题。

一次压过弹性极限，卸载后也会变矮，这叫永久变形。它和松弛的差别在时间：永久变形是某一次行程过大当场留下的，松弛是几天、几个月慢慢短下去的。检查时可以看有没有并圈压平的亮带。有亮带，说明工作高度已经顶到并圈，设计行程不够，换一根同样自由高度的弹簧还会再压并。

长径比太大的压缩弹簧还会失稳，中间拱出去，随后在拱出的位置磨断或折断。一般当自由高度相对中径过大、又没有导杆时就要考虑这个问题。导杆或导套与弹簧之间要留间隙，导杆本身弯曲会把力变成侧向，磨簧丝内侧。

更换时要同时核对的几个尺寸

能装进孔里，只说明外径差不多。力取决于线径、中径、有效圈数，以及从自由高度压到工作高度的那段变形。线径略细、圈数略多，装得上，力可以差一截。两端是否并紧磨平，决定力是否沿轴线，不磨平的端部会把力偏到一侧，疲劳也从这一侧先开始。

所以领用时至少留下线径、外径、自由高度、工作高度下的力，以及它是来回动的还是长期压住的。来回动的，重点看表面质量和行程有没有并圈；长期压住的，重点看工作温度和压并之后还剩多少力。两种弹簧外形可以一样，材料热处理和许用应力的取法并不一样。只按样品量一个外径，下一次还会以同样的方式再坏一次。

材料会把两种损坏分得更开。油淬火钢丝、琴钢丝在常温交变下疲劳表现较好，温度一高，松弛就加快。不锈钢耐腐蚀，同等尺寸的疲劳强度常常低于碳素弹簧钢丝，潮湿环境里的锈点会变成疲劳源。蒸汽阀、热模具里要长期保住弹力，需要耐热材料和相应的高温定型。把常温弹簧压在热阀杆上，高度变矮是温度和应力一起造成的。

端部决定力是否沿着轴线。两端并紧并磨平，支承圈与轴线垂直，压力从中心走过。端部不磨平，或者支承圈不够，力就偏心，内侧应力更高，断口会偏向某一侧。安装孔比外径大很多时，弹簧在孔里歪着工作，效果和端部不平相同。导向间隙过大，导向就不起作用，弹簧仍会失稳后磨断。

图纸上应写出自由高度、工作高度下的力、压并高度，以及允许变矮多少。只标外径和自由高度，制造时可以用不同线径和圈数凑出同一个外形，力却不一样。来回动作的弹簧还要有循环次数的量级，长期压住的要有工作温度。这两项空着，供货只能按普通冷卷弹簧处理。

断口可以留下来对照。裂纹从内侧起、断面有推进的弧线，是交变疲劳。试车第一次就齐齐断开，多半是并圈冲击或材料本身有缺陷。没有断开、只是变矮，就量自由高度比新簧少了多少，再看温度。一次试车就短，是压过了弹性极限；跑了几周才短，是松弛。这个时间差别决定下次是加长行程余量，还是换耐温的材料。

几根弹簧并列时，变矮不会同步。一根先松，力就转移到其余几根上，阀杆或推板产生侧向力，密封面也偏。更换时要整组换，并核对自由高度。只换已经断开的那一根，旧簧已经变矮，新簧承担大部分载荷，应力更高，疲劳会先出现在新簧上。弹簧装进机构以后，力是一起分配的。

表面防护也要按损坏类型选。喷丸提高表面残余压应力，适合交变疲劳，对已经松弛变矮的弹簧没有恢复作用。电镀有利于防锈，处理不当会带来氢脆，高硬度簧丝在电镀后若不清氢，可能在很低的循环次数下脆断，断口平齐，缺少疲劳弧线。潮湿又交变的场合，防锈和喷丸要同时考虑，只涂一层油，锈点仍会成为裂纹起点。

停机存放同样会改变自由高度。弹簧若压在工装里长期不放开，松弛在停机期间也在进行。库存的备用簧应处于自由状态，不要预先压进某个高度保存。装机前再量一次自由高度，和同批新簧比较，矮出一截的不要和正常簧混在一组里用。

最后把受力方式写在备件标签上。标签只写规格，库房会把交变用的簧和长期受压的簧放在一起。领用时看不出差别，装上以后一种从内侧裂，一种慢慢变矮。标签上多写工作温度和“交变”或“静压”，下一次选型就有依据。弹簧的外形可以相同，允许的损坏方式并不相同。