Железо и его сплавы, т. е. стали и чугуны, бесспорно, являются основными техническими материалами, которые используются в машиностроении. Второе место среди конструкционных материалов прочно занимают алюминиевые сплавы. Все большее применение в автомобильной промышленности находят композиционные материалы. Их значение в современном машиностроении определяется в первую очередь особыми качествами, без которых невозможно создать эффективные машины. И все же можно полагать, что в ближайшее время ни один из них по масштабам производства и применения не сравнится с железом и алюминием.
По мере развития человечества и вплоть до наших дней использование металлов непрерывно расширялось. Еще не удалось точно установить, где и как впервые начали добывать железо в промышленных масштабах. Самое древнее железное изделие найдено в Египте и относится к IV тысячелетию до нашей эры. Цена железа превышала стоимость меди в 15-20 раз.
Наряду с железом люди давно знали медь, олово, серебро, золото, свинец и другие металлы. Из меди чеканили монеты и делали хозяйскую утварь, из свинцовых листов изготовляли трубы и якоря судов, из серебра и золота создавали украшения и расшивали одежду и т. д. Человек научился извлекать металлы из земных руд. Запасы металлов на нашей планете в настоящее время оценены достаточно точно. Например, содержание алюминия в земной коре составляет 8,0% по массе (III место по распространенности после кислорода и кремния), железа – 5,0% (IV место).
В чистом виде эти элементы в природе практически не встречаются, а существуют в качестве минералов, которые содержатся в различных химических соединениях – промышленной руде. Руда может представлять собой магнитный, красный или бурый железняк, ферромарганец, хромомагнезит, сульфиды, оксиды, гидрокарбонаты, магнезиты, доломиты, глиноземы и т. д. Руду добывают из земных недр и соответствующим образом перерабатывают с помощью различных технологий (литья, электролиза и т.п.) в металлы и их сплавы.
Безусловно, тяжелые или черные металлы составляют основу машиностроительного производства, но и цветные металлы нашли широкое применение в создании машин и их составных элементов. Прежде всего, это алюминий, медь, цинк, олово, никель и их сплавы. Они используются там, где их свойства, безусловно, необходимы. Например, медь в обмотках генераторов и стартеров автомобилей, олово и бронза для подшипников скольжения и втулок, свинец и сурьма при изготовлении пластин аккумуляторных батарей, алюминий и его сплавы при отливке блоков цилиндров двигателей внутреннего сгорания.
В традиционном смысле все большее практическое значение приобретают композиционные материалы. Подшипники скольжения, изготовленные из слоистых композитных материалов (олова, меди, бронзы и политетрафторэтилена) существенно снижают коэффициент трения, ухудшают механические свойства, расширяют температурный диапазон работы и увеличивает их ресурс. Сплавы металлов, армированные синтетическими волокнами, превосходят по прочности и коррозионной стойкости не только обыкновенные, но и сверхпрочные стали. Именно эти материалы имеют огромную перспективу в машиностроительном производстве. Такое же место в третьем тысячелетии займут материалы, приготовленные методами порошковой металлургии. Например, порошковая окраска автомобилей в 2 раза усиливает ударную прочность кузовов и в 5 раз устойчивость к истиранию. Разработаны сплавы, обладающие «памятью формы». Если из этого сплава изготовить деталь определенной формы, а потом её смять или согнуть, то при последующем нагреве до определенной температуры она снова примет первоначальную форму. Тогда погнутое при столкновении крыло автомобиля не потребуется восстанавливать и затрачивать на это значительные средства и время.
Сырьем для производства вспомогательных материалов в основном являются нефтегазовые продукты. Из них изготавливаются многие составные части машин. Из резины – покрышки, камеры, манжеты, сальники, муфты и прокладки. Из пластмасс – банки аккумуляторных батарей, шестерни, топливные баки, элементы оперения автомобиля, плафоны и т.д; перегонкой нефти производят бензин и дизельное топливо, моторные и трансмиссионные масла и смазки, низкозамерзающие и пусковые жидкости; из полимерных волокон вырабатывают материалы для эстетической отделки салонов автомобилей; из синтетических материалов изготавливают краски, лаки, мастики и грунтовки для защиты машин от пагубного воздействия коррозии.
Всё чаще кузова и их детали современных автомобилей изготавливают из пластмасс, что объясняется тенденцией к снижению массы машин, удешевлением производства и гибкостью дизайна. Сегодняшние технологии позволяют получить поликарбонаты, которые успешно применяются не только при производстве кузовов, но и элементов их остекления, дверей, капотов, решеток радиаторов и т.д. Поликарбонат обладает высокой прозрачностью и вязкостью, огнеупорными и антикоррозионными качествами, значительным сроком службы.
В ближайшей перспективе расширится применение материалов с наноструктурами, что решительным образом повысит качество деталей машин, позволит переосмыслить конструкцию их агрегатов, узлов и механизмов. Покрытие в 20-30 нанометров продляют ресурс цилиндро-поршневой группы, подшипников, шестерен, кузовов, шин и многих узлов трения.