Материаловедение в автомобилестроении

Министерство образования и науки Российской Федерации 
Уральский федеральный университет 
имени первого Президента России Б. Н. Ельцина 

М. А. ФИЛИППОВ, М. А. ГЕРВАСЬЕВ, А. С. ЖИЛИН 

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ 
В АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИИ

Допущено учебно-методическим объединением 
по образованию в области металлургии 
в качестве учебного пособия для студентов 
высших учебных заведений, 
обучающихся по направлению Металлургия 

2-е издание, стереотипное

Москва
Издательство «ФЛИНТА»
Издательство Уральского университета
2017

УДК 620.22:629.33(075.8) 
ББК 39.33-3я73

Ф53

Рецензенты: кафедра материаловедения, контроля в 
машиностроении и методики профессионального образования 
Российского 
государственного 
профессиональнопедагогического университета — РГППУ (завкафедрой 
проф., д-р техн. наук Б. Н. Гузанов); 
  проф., д-р техн.  наук  Б. А.  Потехин (Уральский 
государственный лесотехнический университет).

Научный редактор проф., д-р техн. наук Л. А. Мальцева 

Ф53

Филиппов, М. А.

Материаловедение в автомобилестроении [Электронный 
ресурс] : учебное пособие / М. А. Филиппов, М. А.
Гервасьев, А. С. Жилин. — 2-е изд., стер. — М. : ФЛИНТА : 
Изд-во Урал. ун-та, 2017. — 310, [2] с.
ISBN 978-5-9765-3261-8 (ФЛИНТА)
ISBN 978-5-7996-1399-0 (Изд-во Урал. ун-та) 

Предназначено для подготовки специалистов по материаловедению 
и металлургии. Изложены металловедческие основы выбора конструкционных 
сталей, чугунов и сплавов цветных металлов, технологии термической 
обработки 
и 
сформулированы 
принципы, 
которыми 
следует 
руководствоваться при выборе металлических сплавов для конкретных изделий 
и узлов автомобилей, технологий их упрочняющей, термической и 
химикотермической обработки. Описаны конструкции и условия работы 
деталей, узлов и систем автомобиля. Учебное пособие предназначено для 
студентов машиностроительных и металлургических специальностей, 
может 
быть 
полезно для 
инженерно-технических 
работников 
предприятий, научноисследовательских институтов.

Библиогр.: 16 назв. Табл. 24. Рис. 85. Прил. 1.

УДК 620.22:629.33(075.8) 
ББК 39.33-3я73

© Уральский федеральный 

университет, 2015 

ISBN 978-5-9765-3261-8 (ФЛИНТА)
ISBN 978-5-7996-1399-0 (Изд-во Урал. ун-та) 

ПРЕДИСЛОВИЕ

Автомобилю и автомобильной промышленности во всем 
мире посвящается обширная литература, что объясняется 
той огромной и всё возрастающей ролью, которую играет 
в ХХ и ХХI веках эта самая распространенная транспортная 
машина в жизни общества, сделавшая мир ближе и доступнее для человека. Достаточно вспомнить хотя бы популярные 
и не только среди молодежи журналы «За рулем», «Драйв» 
и др. Большинство учебной, справочной и периодической 
литературы посвящено прогрессу в конструкции автомобилей, проблемам, возникающим при их эксплуатации, ремонте 
и утилизации. Возник известный разрыв между литературой, 
описывающей конструкции автомобилей и их эксплуатационные и экономические качества, с одной стороны, и источниками, рассматривающими материалы, из которых сделаны 
автомобили, и технологии их изготовления,— с другой. Это 
объясняется стремлением ведущих автомобилестроительных 
фирм к закрытию информации о своих ноу-хау в интенсивной разработке новых материалов, определяющих в значительной степени конкурентные преимущества автомобилей 
на мировом рынке.
В данной книге описание применяемых материалов и технологий построено в основном на примере отечественного 
автомобилестроения, но с привлечением отдельных групп 
перспективных материалов, технологий и тенденций их использования на лидирующих мировых автозаводах. Следует 
иметь в виду, что большинство автофирм, выпускающих серийные автомобили, для однотипных деталей используют 
близкие по составу материалы и технологии их обработки.

В справочнике инженера-механика «Автомобильные материалы» (Масино М.А., Алексеев В.Н., Мотовилин Г.В.  
М.: Транспорт, 1971. 296 с.) впервые собраны сведения 
по разнообразным материалам, используемым при изготовлении, эксплуатации и ремонте автомобилей без рассмотрения научного материаловедческого обоснования выбора этих 
материалов. Такая особенность характерна и для других изданий по автомобилестроению. Наиболее близкой к настоящему учебному пособию по общей концепции представления 
материала служит выпущенная в 2003 г. ограниченным тиражом монография Д.П. Шашкова «Материаловедение в автомобилестроении», в которой подробно рассмотрены общие 
вопросы металловедения.
Причины, по которым представлялось необходимым написать наше учебное пособие, состояли, во-первых, в том, 
что указанные книги опубликованы более десяти-сорока 
лет назад, а наука о материалах автомобиля и технологии их 
производства быстро развивается, особенно в части разработки высокопрочных сталей для кузова и альтернативных 
сталям металлических сплавов и полимерных материалов. 
Во-вторых, хотя в ХХI веке появилось много книг, посвященных автомобильной промышленности, всё же ощущается 
острый недостаток учебной литературы, которая освещает 
основной принцип материаловедения — взаимосвязь химического состава, технологии производства, формируемой 
структуры со служебными свойствами материалов с учетом 
условий их эксплуатации, что мы и пытались восполнить 
в настоящем пособии.
При написании пособия авторы использовали многие 
важные положения из классических учебников по материаловедению Ю.М. Лахтина, А.П. Гуляева, Б.Н. Арзамасова, 
Г.И. Сильмана. Особенно близкими по представлению материала и насыщенности конкретными примерами использования сплавов цветных металлов в машиностроении являются учебники Г.И. Сильмана, Б.А. Колачева, В.И. Елагина 
и В.А. Ливанова. При этом основные разделы из работ наших коллег заимствованы преимущественно такие, которые 

относятся к металловедческим принципам выбора материалов с учетом основного постулата металловедения: состав 
материала — технология его получения и обработки — формирующаяся микроструктура — комплекс свойств. Потому 
приносим извинения авторам этих учебников за их подробное цитирование и выражаем признательность за возможность воспользоваться их полезным опытом.
Авторы 
данного 
пособия 
являются 
специалистами 
по материаловедению, поэтому при описании конструкции 
и принципов работы узлов и систем автомобиля цитируются источники, приведенные в списке литературы, особенно книги С.М. Круглова «Всё о легковом автомобиле» 
(М.: Высшая школа: Изд. Центр «Академия», 2000. 539 с.) 
и С.К. Шаповала «Устройство, техническое обслуживание 
и ремонт легковых автомобилей» (М.: ИРПО: Изд. Центр 
«Академия», 2000. 544 с.).
Настоящее учебное пособие предназначено для подготовки специалистов по разработке и применению металлических 
сплавов в автомобилестроении. Содержание книги базируется на курсах «Материаловедение», «Теория и технология 
термической обработки металлов», «Машиностроительные 
материалы». Предполагается, что читатели знакомы с основными типами металлических материалов и технологий 
их термической обработки, поэтому эти разделы не включены в содержание книги. Пособие содержит многочисленные справочные данные о свойствах материалов и разделы 
по истории отечественного автомобилестроения, тенденциям 
в автомобилестроении. Приведены также тесты для текущего 
контроля знаний по материалам в автомобилестроении.
Авторы благодарны рецензентам, заведующему кафедрой 
материаловедения, контроля в машиностроении и методики 
профессионального образования Российского государственного профессионально-педагогического университета
— 
РГППУ проф., д-ру техн. наук Б.Н. Гузанову и заведующему 
кафедрой технологии металлов Уральского лесотехнического 
университета проф., д-ру техн. наук Б.А. Потехину.

АВТОМОБИЛЬ И чЕЛОВЕк СЕГОДНя

Что значит автомобиль для человека? Это величайшее изобретение конца ХIХ века Даймлера и Бенца, которое преобразило весь ХХ век, сделав его веком автомобиля. 
Победная поступь автомобиля продолжается и в ХХI веке. 
В 2011 г. на нашей планете выпущено более 80 млн автомобилей, в т.ч. более 60 млн дорогих нашему сердцу и кошельку легковых. Он позволил большим массам людей и грузов быстро перемещаться из одной точки планеты в другую 
с большой скоростью. Автомобиль сделал человека сильным 
и в мирное время и в войнах. Далее — автомобиль как цель 
и как средство дал могучий толчок развитию промышленности. Люди уже в первые десятилетия ХХ века увидели, что 
автомобиль становится доступным по реальной цене многим, 
и мечтой чуть ли не каждого второго является возможность 
обзавестись собственным чудом на колесах. Эта мечта владеет человечеством и сегодня, через сто лет, стимулируя и вовлекая в промышленный бум все большее количество стран. 
Дело в том, что автомобиль воплощает в себе прогрессивные материалы и технологии многих отраслей промышленности — черной и цветной металлургии, машиностроения, 
химической, электронной, резиново-технической и других 
отраслей, то есть стал демонстрацией и квинтэссенцией передовых достижений всех отраслей техники.
Без преувеличения можно сказать, что автомобиль преобразил и пейзаж планеты, поскольку для удобства его движения территория большинства стран покрылась сетью шоссейных дорог, большими развязками, тоннелями, мостами, 
не говоря уже о развитии дорожно-строительной индустрии. 
Все большая часть городов и сельской местности покрывается асфальтом, исходя из нужд тотальной автомобилизации.

Автомобиль и человек сегодня

Автомобиль с прогрессом его эстетического внешнего 
вида стал мерой престижа современного человека и его целью. Можно сказать с известной долей преувеличения: скажи 
мне, какой у тебя автомобиль, и я скажу тебе, кто ты! Все 
страны, сколько-нибудь развитые или развивающиеся, обзаводятся своим автопромом хотя бы «отверточного» типа, 
а мировые гранды — США, Япония, Германия, Англия, 
Франция, Италия, Швеция, Корея, а теперь и Китай — 
в огромной степени обязаны превосходству в техническом 
развитии своему автопрому, который вытянул многие другие 
отрасли и привлек лучшие национальные инженерно-технические кадры. Россия занимала в 2011 г. лишь 12-е место по количеству выпускаемых автомобилей, и это с учетом того, что значительный рывок сделан в последние годы 
за счет увеличения числа автосборочных заводов, выпускающих иномарки. В 2012 г. только на самом крупном нашем автозаводе (АвтоВАЗ) работало 70 тыс. человек, а в автопроме 
России со всей его инфраструктурой — более 7 млн.
Все чаще за рулем мощного джипа можно увидеть хрупких девушек, которые и понятия не имеют о том, из чего 
и как делают автомобили. Им этого знать и не нужно, да 
и многие современные мужчины недалеко от них ушли: им 
хватает информации типа «автомобиль сделан из железа». 
Современные автомобили с их огромным гарантийным сроком безремонтного пробега обеспечивают владельцам беззаботную жизнь. Им порой даже не приходится заглядывать 
под капот, разве что изредка подкачивать шины. Однако 
с быстрым ростом числа автомобилей на душу населения 
(выгляните в свой двор, если вы живете в городе) растет 
и количество людей, производящих железных «спутников 
жизни», ремонтирующих и обслуживающих их. Большинство 
тех, кто сидит за рулем автомобилей, делятся на «водил», 
кому совершенно безразлично, как и из чего он сделан и как 
работает. Эта категория представляет, видимо, большинство 
«рулевых». Если мотор зачихает или где-то застучит, они 
вызовут буксировку, которая доставит их «раненого коня» 
в автосервис. Другую часть представляют настоящие шоферы, которые знают машину, любят и умеют ухаживать за ней 

Автомобиль и человек сегодня

сами и смогут устранить ту или иную неисправность в пути 
или отремонтировать ее в гараже. Наша книга для таких шоферов и для тех «водил», которые хотят в них превратиться, 
а также для студентов, магистрантов и аспирантов технических специальностей высших учебных заведений, изучающих 
материаловедение.
Дело в
том, что современный автомобиль состоит 
из нескольких сотен деталей, изготовленных из нескольких 
десятков марок металлических и неметаллических материалов (см. рисунок). Каждая деталь или группы деталей работают в характерных для них условиях напряженного состояния, 
усталости, износа, коррозии, температуры, окружающей среды и т.п. Поэтому материал детали и технология изготовления детали подбираются строго индивидуально, чтобы свойства детали или узла соответствовали условиям их работы. 
Автомобиль должен безаварийно возить, быть безопасным 
и не ломаться. Как говорят, вставил ключ — и поехал!

Разобранный по деталям автомобиль 
особо малого класса 

В последней трети XX века научно-техническая революция характеризовалась широким использованием наукоемких 
материалов и технологий, обусловила опережающее развитие 
разработки новых материалов и технологий производства, 
которые создали возможности использования этих материалов в конструкции современных автомобилей и тракторов.
В конструкции современного автомобиля содержатся материалы большинства разновидностей и марок конструкционных сталей, чугунов, цветных сплавов и неметаллических 
материалов: строительных свариваемых, машиностроительных, рессорно-пружинных, износостойких, коррозионностойких, жаропрочных, антифрикционных, фрикционных, 
электротехнических, биметаллических. Конечно, большинство материалов не являются специфическими только для 
автомобилестроения, а применяются и в других отраслях машиностроения и строительства, но некоторые марки, особенно в последнее время, разрабатываются и используются 
исключительно в конструкциях автомобилей.
Возьмем, например, шарикоподшипники ступиц передних и задних колес. Все видели эти шарикоподшипники 
или даже кто-то катался в детстве на самодельных самокатах 
на этих шариках. Они должны быть очень твердыми и гладкими, так как должны держать всю массу автомобиля, не продавливаясь и в то же время не изнашиваясь при движении, 
и поглощать как можно меньше энергии на вращение, чтобы 
владелец забыл об их существовании на весь период жизни 
автомобиля. Наоборот, вкладыши подшипников скольжения 
коленчатого и распределительного валов должны содержать 
возможно более мягкие структуры, которые выполняют роль 
естественной смазки при скольжении по ним шейки вала, 
без задиров и при минимальном изнашивании.
В непрерывной стремительной гонке совершенствования 
автомобиля он приобретает все новые возможности, новые 
способности, облегчая и делая все более комфортной жизнь 
его обладателю — альтернативные виды топлива, навигационные системы, видеорегистраторы, системы автопарковки, 
кондиционирования и т.д. В дополнение к традиционным 
автомобиль привлекает для своего совершенствования все 

Автомобиль и человек сегодня

Автомобиль и человек сегодня

новые материалы, более прочные и легкие, чем их предшественники, и технологии изготовления деталей и узлов из них. 
Существует обширная литература о конструкциях и устройстве автомобилей, его истории, разных марках, правильной 
эксплуатации и обслуживании их в период эксплуатации, 
однако отрывочные сведения о
материалах автомобилей 
можно найти только в разрозненном виде в периодической 
печати или отдельных книгах и брошюрах. Нам не известны книги, в которых были бы систематически рассмотрены 
материалы и технологии изготовления из них автомобилей. 
В данной книге описание применяемых материалов и технологий построено в основном на примере отечественного автомобилестроения, однако с привлечением отдельных групп 
перспективных материалов, технологий и тенденций их использования на лидирующих мировых автозаводах. Следует 
иметь в виду, что большинство автофирм, выпускающих 
серийные автомобили, для однотипных деталей используют 
близкие по составу материалы и технологии их обработки.
Рассказать о том, из каких материалов и как делают автомобили, — цель нашей книги. Вы узнаете и о том, как устроен автомобиль, как работают его основные узлы и какими 
станут автомобили в ХХI веке.