1. 尺寸稳定性的定义与重要性

尺寸稳定性是指材料在承受机械应力或环境条件（如温度、湿度）变化时，仍能保持其原始形状和尺寸的能力。对于精密部件如轴承，尺寸稳定性至关重要，因为微小的尺寸变化都会直接影响其运行性能。

在高温环境下，轴承的尺寸稳定性面临严峻挑战。例如，轴承钢中的残余奥氏体可能在高温下转变为马氏体，导致体积膨胀，进而改变轴承的游隙和接触应力分布。此外，热膨胀可能导致外圈变形，使密封失效、润滑剂泄漏，最终引发轴承卡死或早期疲劳剥落。

2. 影响尺寸稳定性的关键因素

（1）材料相变
轴承钢在高温下可能发生相变，尤其是残余奥氏体（γ-Fe）向马氏体（α-Fe）的转变。这一过程伴随体积膨胀，可能使轴承内圈直径增大，导致游隙消失，增加摩擦和磨损风险。

（2）热膨胀效应
钢的热膨胀系数约为11×10⁻⁶/℃，在持续高温下，轴承各部件（内圈、外圈、滚动体）可能超出设计公差范围。例如，保持架若因热膨胀变形，可能阻碍滚动体的自由运动，引发异常振动甚至卡死。

（3）回火软化
高温环境下，马氏体会进一步回火，导致材料硬度下降，同时伴随尺寸收缩。这种变化可能降低轴承的承载能力，加速疲劳失效。

（4）润滑剂劣化
高温会加速润滑剂的氧化和蒸发，使油膜破裂，摩擦热急剧增加，形成恶性循环，最终导致轴承胶合（金属粘着磨损）。

3. 制造商的技术对策

为确保轴承在高温下的尺寸稳定性，制造商通常采取以下措施：

（1）优化热处理工艺

• 深冷处理：在-80℃以下稳定残余奥氏体，减少后续高温使用时的相变风险。
• 精密回火控制：调整回火温度（如200℃ vs. 300℃），平衡材料硬度和尺寸稳定性。

（2）材料升级

• 采用高温轴承钢（如M50NiL）或陶瓷（Si₃N₄）材料，降低热膨胀率。
• 表面涂层技术（如CrN镀层）增强抗氧化能力。

（3）仿真与测试验证

• 膨胀仪测试：模拟实际工作温度，测量材料膨胀率和相变临界点，优化热处理参数。
• 加速寿命试验：在可控高温环境下评估轴承性能衰减趋势。

4. 用户选型与维护建议

（1）温度匹配原则
选择轴承时，需确保其最高工作温度（如120℃、200℃或更高）覆盖实际工况需求。若环境温度+摩擦温升接近轴承极限值，应考虑强制冷却或改用高温专用轴承。

（2）维护监测重点

• 游隙检测：定期测量轴承游隙，防止因热膨胀导致预紧力过大。
• 润滑管理：选择高温润滑脂（如聚醚醚酮PEEK基），并监控其氧化状态。
• 温度监测：使用红外热像仪检测轴承局部过热，及时排查异常。

5. 失效预警信号

• 早期征兆：异常振动（频谱中2×轴承通过频率成分）、噪声增大。
• 临界失效：保持架断裂、滚动体表面剥落、润滑剂碳化。

6. 典型轴承的温度适应性

• 普通深沟球轴承：常规工作温度-30℃~120℃，超过150℃时寿命显著下降。
• 高温陶瓷轴承：可耐受-200℃~800℃，无相变风险，适合极端环境。

结论

在高温工况下，轴承的尺寸稳定性需通过材料优化、精密热处理和严格工况监测共同保障。用户应根据实际温度谱（包括峰值和波动）选择匹配的轴承类型，并定期维护以避免不可逆的相变或热损伤。对于持续高温（＞150℃）或剧烈温度变化的场景，建议采用高温合金或全陶瓷轴承，并配合有效的冷却系统。