格奧爾格·阿格里科拉 ，《論礦冶 》（De re metallica）一書的作者，此著作被譽為西方冶金學的開山之作冶金学 （英語：metallurgy ）屬於材料科學 ，是研究从矿石 中提取金属 ，并用各种加工方法制成具有一定性能的金属材料 的学科。冶金学也研究金属 、金屬互化物 或其混合物（稱為合金 ）的物理及化學特性。冶金學也是一門金屬的技術 ，有關金屬製造的科學，也和金屬零件的工程特性有關。金屬的製造包括從礦石 中提煉金屬，以及金屬混合物（或金屬和其他元素的混合物）以製造合金。冶金學和金屬加工 的工藝 不同，不過金屬加工和冶金學有關，正如隨著技術的發展，醫學 和醫學科學有關一樣。
冶金学可以分為鋼鐵冶金學 （有時也稱為黑色冶金學）及非鐵金屬 冶金學（有時也稱為有色金屬冶金學）。鋼鐵冶金學是有關鐵的合金及其製造，而非鐵金屬冶金學是以不含鐵的合金及其製造為主，世界上的金屬生產中，鐵、鈷、鎳及其有關合金的黑色金屬 佔了95%[ 1]
冶金學的英文Metallurgy原來是自煉金術 中的詞語，是指由礦石中提取金屬，字尾的-urgy表示是過程或製程。此詞語曾在1797年的《大英百科全书 》提到過[ 2] [ 2] metallourgós , "金屬工人"，變成μέταλλον,métallon , "金屬" + ἔργον,érgon , "加工"。在英文中，/meˈtælədʒi/ 的發音在英國及大英國協較普遍，/ˈmetələrdʒi/ 在美國比較普遍。
底比斯的金頭飾，約在西元前750至700年 史前時代已能冶煉並使用青銅 、銅 、金 、銀 、鐵 、鉛 、錫 等金屬。最早冶煉的金屬應該是在自然界以元素態存在的金 ，一個舊石器時代 末期的西班牙洞穴時有發現少量的元素態金，時間約在西元前40,000年[ 3] 銀 、銅 、錫 及陨铁 也會以自然金屬 （ 英语 ： native metel ） 金屬加工 即可使用[ 4] [ 5]
像錫、鉛 及銅 等金屬，只要將礦石加熱即可得到其金屬（銅需要的溫度可能要再高一些），這種冶煉方式稱為熔煉 （ 英语 ： smelting ） 塞尔维亚 馬伊丹佩克 、Pločnik及Yarmovac的考古遺址中找到。到目前為止，最早的銅熔煉是在巴爾幹半島的Belovode[ 6] 溫查文明 的銅斧[ 7] 巨石阵 。不過如同其他史前的研究一様，因為仍可能有新的發現，可能還會有更早期的證據出現。
古中東 的採礦區域，顏色：砷 用棕色表示，錫用灰色表示，銅用紅色表示，鐵用紅棕色表示，金用黃色表示，銀用白色表示，鉛用黑色表示，黃色區域表示砷青銅 ，灰色區域表示正常含錫的青銅 。 上述發現的金屬都不是合金，約在西元前3500年發現銅和錫混合後會產生性能更好的青銅 合金 ，這也是重大的技術提昇，開始了青銅時代 。
鐵的冶煉要比銅或錫要困難很多，冶煉方式可能是赫梯 人在西元前1200年發明的，開始了鐵器時代 ，鐵的冶煉及加工的秘密是非利士人 成功的秘訣之一[ 5] [ 8]
許多不同的文化及文明也有煉鐵的技術，像是古代及中古時中東 及近東 的王國、古伊朗 、古埃及 、古努比亚 、安那托利亞 （今土耳其 ）、古诺克 、迦太基 、古歐洲的希臘 及羅馬 、中古時期的歐洲、中國 、印度 、日本等地。許多冶金學的應用、實務及工具都是古中國發明的，例如高爐 、鑄鐵 、水力杵錘 （ 英语 ： trip hammer ） 风箱 [ 9] [ 10]
歐洲約西元前一千年開始製鐵。最早使用的煉鐵爐為空氣式爐或用土石堆砌的熔鐵爐 （Low Shaft Furnace）、鍛鐵爐 （ 英语 ： Bloomery ） 高爐 （Blast Furnace）。
隨著高爐的增加，木炭便發生短缺的現象，即開始嘗試以煤 取代木炭，至十八世紀中，英國人成功將煤炭煉成焦炭 ，此後爐溫增加而使產量增加。蒸氣機 出現後，被用來驅動鼓風機，使鼓風量增大而使爐溫上升，產量也大幅增加。
十六世紀時格奧爾格·阿格里科拉 的《論礦冶》（De re metallica）描述了當時高度發展的採礦、金屬提取及冶金學等知識，被譽為「冶金学之父」[ 11]
中國元朝用水車 帶動的鼓風爐 斯洛伐克 中部，赫龍河畔日亞爾 的鋁工廠提取冶金學 （ 英语 ： Extractive metallurgy ） 礦石 中提出有價值的金屬，且處理成純度較高的金屬。為了要從金屬的氧化物 或硫化物 中提取金屬，可能會用還原 、電解 或其他化學方式處理礦石。
提取冶金學主要關注的是冶金給料、濃縮物（有價值的金屬氧化物或硫化物）及尾礦 。在開採後，大顆的礦石會粉碎為小的顆粒，每個顆粒可能是濃縮物或是廢棄的尾礦。後續再利用其他方式將顆粒中的濃縮物及尾礦分開。
若礦石及自然環境許可，可以用瀝濾法 （ 英语 ： In-situ leaching ）
有時礦石中會包含一種以上的有價值金屬。因此尾礦可以再用來提出其他金屬。有時取得的濃縮物中含有多種金屬，因此需再將不同金屬成份再作分離。
青铜的鑄造 工程常用的金屬包括鋁 、鉻 、銅 、鐵 、鎂 、鎳 、鈦 及鋅 等，這些金屬也常常用來製作合金 。合金的相關研究主要是在鐵碳的合金系統，其中包括鋼 及鑄鐵 。一般的碳鋼適用於低成本、高強度，且不需考慮重量及腐蝕問題的應用。延性鑄鐵 （ 英语 ： ductile iron ）
若是需要抗腐蝕的應用，一般會使用不锈鋼 或是熱浸鍍鋅 處理的鋼。若要求高比強度時，會使用鋁合金或鎂合金。
若是高腐蝕性環境，且不需要有磁性的場合，會使用銅鎳合金，例如蒙乃爾合金 （ 英语 ： Monel ） 高溫合金 （如鎳鉻鐵合金 ）會用在像渦輪增壓器 、压力容器 及換熱器 等需耐高溫應用中。非常高溫的應用為了使潛變 減到最低，會使用单晶材料 合金。
在工業工程 的領域中，冶金学和金屬零件的製造有關，其中包括金屬或合金選用、加工成形方式、製品表面的熱處理及表面處理等。冶金学的目的就是達成材料的許多性質之間的平衡，例如成本、重量、拉伸強度 、硬度 、韌性 、抗蝕性、抗疲勞的特性、及在高低溫下的特性等。
為了上述目的，也需考慮零件的工作環境，例如在鹽水的環境中，很容易腐蝕黑色金屬 及一些鋁合金，暴露在極低溫 環境下金屬會從有延伸性變成容易脆裂，其韌性下降，因此更容易出現裂痕。在週期負載下的金屬會有金屬疲勞 [ 12] 潛變 [ 13]
以下是一些金屬加工 的程序：
冷加工是指在常溫下對固體金屬件的加工，可以藉由一種稱為加工硬化 位错 ，避免進一步的形變。
鑄造的方式有許多種，常用的包括翻砂鑄造 、熔模鑄造 （ 英语 ： investment casting ） 失蠟法 ）、壓鑄 及連續鑄造 （ 英语 ： continuous casting ）
金屬可以用熱處理 的方式調整其強度、延展性、韌度、硬度或是其抗腐蝕的能力。常見的熱處理包括退火 、析出硬化 、淬火 及回火 [ 14]
退火是將金屬加熱，然後再緩慢的冷卻，可以釋放金屬組織中的應力，使晶粒變大，當受到撞擊時比較不容易破裂。退火後的金屬也比較容易切削。淬火是將高碳鋼加熱後快速的冷卻，鋼的組織會形成高硬度的马氏体 ，提高金屬的硬度。不過需要在鋼的硬度和韌度之間作一取捨：硬度越高時，其韌度或是抗衝擊能力就越低；韌度越高時，其硬度就越低。回火可以釋放金屬在硬化過程中產生的應力，回火會使金屬略為軟化，可以承受衝擊而不會破裂。
有時會將機械處理和熱處理合併，稱為熱機械處理 （ 英语 ： Thermomechanical processing ）
電鍍 是一種常見的表面處理 技術，是在製品的表面包覆一薄層的其他金屬，例如金 、銀 、鉻 或鋅 等， 一方面可以增加製品的抗蝕性，也可以使外形更加美觀。
表面處理除了使用電鍍外，也可以使用热喷涂 ，其製品在高溫下的性能會比電鍍要好。
金相学可觀察金屬的微觀結構 金相学 是研究金屬的微觀結構及巨觀結構的學科，是由英國冶金學家亨利·克利夫頓·索爾比 （ 英语 ： Henry Clifton Sorby ） 光學顯微鏡 或電子顯微鏡 觀察，圖像的對比度可以提供其成份、機械性質及所作過的處理。
現在的冶金学也常利用晶体学 的X射線 衍射 或電子 衍射來識別未知的材料，並了解試様的晶體結構。量化晶体学可計算試様中存在不同相的個數，也可以計算其應變的程度。
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