Материалы (вещества, предназначенные для производства чеголибо) — это совокупность предметов труда, которые человек преобразует в процессе труда, превращая в его продукты (предметы потребления и средства производства). При этом под веществом понимают вид материи, совокупность дискретных (прерывных) образований (атомы, молекулы и то, что из них построено), обладающих массой покоя.
Используемые материалы являются отличительной чертой каждой цивилизации. С ее развитием в их число включаются новые материалы. Характерной чертой современного этапа развития общества является то, что независимо от общественного строя в условиях массового потребления и массового производства устанавливаются рыночные отношения. В этой связи ограниченный срок службы различных изделий и машин закладывается еще на стадии проектирования. При этом моральное старение различных изделий происходит значительно раньше физического и принцип «одноразовости» широко используется при производстве различных изделий, позволяя увеличить число применяемых материалов.
С каждым годом в различных отраслях производства увеличивается число используемых материалов и веществ, разнообразных по своим свойствам и часто находящих нетрадиционное применение. При этом разрабатываются качественно новые материалы, как правило, обладающие уникальными свойствами, и улучшаются свойства ранее известных материалов. Одновременно развиваются и создаются новые технологии совершенствования свойств материалов.
Традиционно материальную основу машиностроительного производства составляют металлы и сплавы. В настоящее время учеными изучены возможности повышения эксплуатационных характеристик стальных деталей различными методами термической обработки и разработаны разнообразные технологии упрочнения. Поэтому при выборе сталей в качестве материалов для изготовления деталей современных машин необходимо учитывать современные знания о возможности повышения эксплуатационных характеристик деталей. Среди используемых сталей имеется много материалов с улучшенными свойствами, а также новых материалов, которые получили распространение в последние годы. К новым материалам относятся, в частности, порошковые материалы, микрокристаллические и аморфные сплавы, особо чистые металлы, сплавы с особыми физическими свойствами и т. п.
При выборе новых материалов для изготовления тех или иных видов изделий необходимо учитывать экономическую целесообразность их использования, которая, в первую очередь, определяется стоимостью материала, а также степенью его дефицитности; расходом материала, идущего на изготовление изделия; стоимостью энергетических затрат; надежностью и долговечностью изделия, зависящими от эксплуатационных свойств материала и т. д.
Наряду с увеличением использования высококачественных материалов на основе железа увеличивается производство и применение титана, алюминия, магния. Легкие, прочные, коррозионно-стойкие сплавы позволяют в 2…3 раза «облегчить» станки и автомашины, значительно сократить расходы на ремонт и горючее. Следует отметить, что использование в промышленности сплавов из легких прочных металлов заметно расширит ее сырьевую базу, поскольку титан, алюминий, магний и другие металлы можно получать из бедных и сложных по составу руд, а также отходов производства, идущих в отвалы. В новых отраслях металлургии есть возможность применить экологически чистые технологии. Изучение мировых тенденций использования материалов показывает, что через 15…20 лет все развитые страны перейдут на массовое использование металлических материалов на основе алюминия, титана, магния, что, в первую очередь, обусловлено нарастающим истощением запасов традиционного минерального сырья, нефти и газа. Следует отметить, что многие детали в современных машинах и механизмах уже изготавливают из полимеров и керамики.
Целесообразность (техническая и экономическая) применения неметаллических материалов определяется, с одной стороны, постоянным дефицитом на металлы и сплавы, с другой стороны, достаточной и (в некоторых случаях) практически неисчерпаемой сырьевой базой неметаллических материалов. В народном хозяйстве постоянно возрастает использование пластмасс и композиционных материалов на их основе, что позволяет значительно сократить расход металлических материалов и энергоресурсов, уменьшить трудоемкость изделий.
При этом непрерывно будет расти применение технической керамики, создаваемой на основе самых распространенных в природе элементов (азота, углерода, кремния, кислорода и др.), поскольку они имеют практически неограниченную сырьевую базу.
Новый класс материалов, который разрабатывается в последние годы, представляют композиты — материалы с особой структурой на основе металлов, керамики, полимеров, стекла и других веществ. Все шире внедряются в народное хозяйство наноматериалы. Проводятся интенсивные исследовательские работы по созданию нанотехнологий.
В условиях массового потребления производство материалов оказывает негативное воздействие на экологию. Кроме того, созданы и используются материалы, структура которых не позволяет, в принципе, их утилизировать. Поэтому, при внедрении новых материалов и технологий приходится в ряде случаев осуществлять дополнительные затраты для улучшения экологической обстановки и сокращения других негативных последствий.