一、冷脆性风险：低温下的材料失效机制

低温环境下，金属材料的晶格结构收缩，位错运动受阻，导致材料韧性降低、脆性增加。以45#钢为例，在-20℃时其冲击韧性值较常温下降60%，断裂韧性（KIC）降低45%，易引发脆性断裂。滚珠丝杠的冷脆性风险集中体现在以下场景：

1. 丝杠轴断裂：低温下材料脆性增加，若轴向载荷超过临界值，丝杠轴可能发生突然断裂；

2. 滚珠碎裂：滚珠与滚道接触应力集中，低温导致材料抗疲劳性能下降，滚珠易出现裂纹扩展；

3. 螺母卡滞：低温下润滑脂黏度增加，油膜厚度不足，滚珠与滚道直接接触，摩擦力增大导致运动卡滞。

二、材料升级：低温韧性材料的选型标准

针对低温环境，需优先选用具备抗冷脆特性的材料：

1. 不锈钢系列：316L不锈钢含2%-3%钼元素，低温韧性优异，-196℃下仍保持良好延展性，适用于极地科考设备；

2. 低温合金钢：如9Ni钢（含9%镍），-196℃时冲击韧性达200J以上，常用于液化天然气储罐升降机构；

3. 工程塑料：PEEK（聚醚醚酮）在-100℃至260℃范围内性能稳定，耐磨损、自润滑，适用于低温医疗设备。

三、结构优化：降低冷脆风险的工程实践

1. 中空冷却结构：通过中空丝杠轴循环冷却液，控制温度梯度，避免局部过热或过冷。例如，某低温物流分拣系统采用中空滚珠丝杠，配合温度传感器实时监测，将温度波动控制在±2℃以内；

2. 弹性联轴器：在丝杠与驱动端之间加装弹性联轴器，吸收热变形引起的轴向位移，防止因间隙变化导致的卡滞。某航天器展开机构采用该设计后，低温环境下的传动误差降低80%；

3. 预紧力动态调节：通过双螺母预紧结构配合弹簧补偿装置，自动调整轴向间隙。例如，NSK低温专用滚珠丝杠采用预载荷设计，在-40℃环境下仍能保持0.01mm级定位精度。

四、润滑策略：低温流动性的关键突破

低温润滑脂的选用需兼顾流动性与抗磨性：

1. 基础油选择：采用合成酯类油或聚α烯烃（PAO），其倾点可低至-60℃，如美孚SHC 100润滑脂；

2. 增稠剂优化：选用锂基复合增稠剂，避免钙基增稠剂在低温下硬化。某冷库升降机采用锂基润滑脂后，-30℃环境下启动扭矩降低65%；

3. 加热辅助装置：对长行程滚珠丝杠，可在螺母座加装电加热带，维持润滑脂流动性。例如，某极地科考车升降平台采用该方案后，低温启动时间缩短至3分钟内。

低温环境对滚珠丝杠的可靠性提出严苛挑战，但通过材料升级、结构优化与润滑策略的综合应用，可显著降低冷脆性风险。实际应用中，需结合具体工况（如温度范围、负载类型、精度要求）定制化设计，并优先选择通过ISO 9001、CE等认证的厂商产品，以确保设备在极端环境下的稳定运行。