研究從礦石和再迴圈物料中制取金屬或金屬化合物，用各種加工方法製成具有一定性能的金屬材料的技術科學。人類自從進入青銅時代以來，同金屬材料及其製品的關係日益密切。在現代社會中，人們的生產或消費活動都離不開金屬材料。沒有金屬材料便沒有人類的物質文明。從歷史上看，16世紀以前的冶金業，基本上是經驗式的操作，技術水準低，生產規模不大。17世紀以來冶金生產不斷取得進展。在此基礎上，由於近代自然科學理論和實驗方法的產生和發展，逐漸形成冶金學。冶金學以研究金屬的制取、加工工和改進金屬性能為起點，發展到對金屬的成分、組織結構、性能和有關基礎理論的研究。19世紀到20世紀中葉，冶金學、冶金生產和技術發展極其迅速，成就很大。20世紀下半葉以來，電子計算機的發展對冶金產生深刻的影響：一是電子計算機的應用使冶金工藝的模擬研究和自動控制越來越深入；二是電子器件對材料性能提出瞭新的要求，促使冶金學向更廣泛的領域發展。21世紀面臨保護地球環境、適應可持續發展要求、減少資源和能源消耗及資源和能源的再循環利用等問題，研制有利環境生態的新材料是重大的新課題。
圖1 印度在5世紀初鍛造的德裡鐵柱
冶金生產發展概況
冶金作為一門生產技術，起源十分古老。人類從使用石器、陶器進入到使用金屬，是文明的一次飛躍。據冶金史初步研究，人類使用天然金屬（主要是天然銅）距今大約不下8 000年。但天然銅資源稀少，要使用更多的銅必須從礦石中提取。世界上最早煉銅的可能是在美索不達米亞地區，時間大致在公元前38～前36世紀。最早的青銅是在蘇美爾地區出現的，大約在前30世紀。在人類文明中，大量使用青銅的時代被稱為青銅時代。
使用鐵器是人類文明的又一重大進步。最早煉鐵的是在黑海南岸的山區，大約在前14世紀。到前13世紀，鐵器的應用在埃及已占一定的比重，一般認為這是人類文明進入鐵器時代的開端。顯然，在不同地區，鐵的使用和生產發展水平有很大差異。在歐洲，前11世紀中歐就開始用鐵，但向西歐傳播則極其緩慢。直到前55年，隨著羅馬人的入侵，鐵才傳入不列顛。中世紀的一千多年內，冶金技術進展十分緩慢。15世紀的歐洲，盡管熟鐵器已經廣泛使用，但銅和青銅仍是生產得最多的金屬。直至18世紀中葉，冶金產品仍隻有鐵、銅、鉛、金、銀、鉑、鋅、汞等。冶金手段基本上還隻有氧化法（如灰吹法）和碳還原法，遠不能滿足制取新金屬的需要。
16世紀歐洲出現資本主義的萌芽。首先是英王亨利八世 (1509～1547年在位)把屬於寺院的采礦和冶金企業拍賣給當時新生的資本傢。冶金企業轉移到苦心經營、追求高額利潤的資本傢手中，資本傢之間的競爭推動瞭生產技術的發展。另一方面，機器、造船等工業的發展又為冶金業開辟瞭市場和提供瞭技術裝備。15世紀以前，英國的冶金以及其他生產技術落後於歐洲大陸。1640年以後的250年中，以高爐煉鐵、煉鋼為主的冶金生產和技術的發展及變革主要發生在英國。尤其是在1700～1890年，一系列重要的技術發明創造使英國的煉鐵、煉鋼工業得到蓬勃發展。這些發明創造在煉鐵方面有：①1709年A.達比用焦炭代替木炭煉鐵成功，使冶金業擺脫瞭森林資源的限制。②1828年J.B.尼爾森采用熱風使煉鐵焦比降低，生產效率提高。在煉鋼方面有：①1740年B.亨茨曼首次采用坩堝煉鋼法生產液態鋼。②1856年H.貝塞麥發明轉爐煉鋼法，開創瞭煉鋼的新紀元。③1855年K.W.西門子發明瞭蓄熱室，1864年P.-É.馬丁利用該原理創造平爐煉鋼法。④1879年S.G.托馬斯和P.C.吉爾克裡斯特發展出堿性轉爐煉鋼法，創造瞭用堿性渣脫磷的煉鋼技術。在軋鋼方面有：①1697年J.漢伯裡用平輥軋制出熟鐵板，供生產鍍錫鐵板之用。②1783年H.科特用孔型軋制生產熟鐵棒，這種方法後來用於生產型材。③1862年G.彼得森取得線材連軋機專利權。這些發明創造使英國的煉鐵、煉鋼工業在18～19世紀走在世界最前面。19世紀末英國在鋼鐵產量方面雖已被資源豐富的美國超過，但在質量方面仍居於領先地位。煉銅情況也是一樣。銅資源並不充裕的英國，在19世紀60年代竟然成瞭世界上產銅最多的國傢。英國冶金業之所以迅速發展，主要由於最早出現瞭適合當時生產力發展的資本主義體制。正如馬克思、恩格斯在《共產黨宣言》中所指出的：“資產階級在它不到一百年的階級統治中所創造的生產力，比過去一切時代創造的全部生產力還要多，還要大。”
中國古代冶金比歐洲先進，尤其是掌握鑄鐵技術比歐洲要早約2 000年。大量中國古代鐵器的鑒定結果表明，中國在漢代生產的有些鑄鐵件中的石墨呈球絮狀，具有一定的柔韌性，與近代可鍛鑄鐵頗為相似。中國古代生產的鑄鐵和熱處理技術已能適應制造農具的要求，從漢代起鐵產量就超過瞭銅。正因為這樣，鐵的經營管理在漢代已經提到重要議事日程，《鹽鐵論》一書就是明證。從那時直到清末，經常是官商和私商並存。就金屬種類而言，中國在春秋戰國之際（前7世紀）即已掌握金、銀、銅、鐵、錫、鉛、汞7種常用金屬。歐洲則直到羅馬帝國末期 （5世紀）才全部掌握上述金屬。中國在15世紀已有金屬鋅，三百多年後，歐洲才有人取得用蒸餾法制鋅的專利。煉鋅技術傳播到資本主義正在發展的歐洲後，便立即應用於黃銅制造業，使價廉的黃銅逐步取代瞭一大部分價格較昂貴的青銅。然而在長期封建社會和半封建半殖民地社會制度下，中國冶金技術未能獨立地走上現代冶金工業的道路。
此外，中國古代有優良的鑄鐵，因而忽視鋼鐵的金屬塑性加工，始終沒有發展軋制生產。中國古代有色金屬制作業也偏重鑄造而忽略塑性加工。一個突出的例子是鑄錢，直到清朝，銅幣始終是鑄造的，而在前6世紀的希臘就開始用模鍛方法造幣瞭。
綜觀古代世界冶金業的發展，可以看出：金屬制品，特別是青銅器和鐵器，對人類社會的生產力的發展起著巨大作用。
冶金學的形成源遠流長的冶金生產技術，直到18世紀末，才從近代自然科學中汲取營養，逐漸發育成一門近代科學——冶金學。
16世紀以前，效益顯著的冶金操作都憑工匠的技藝，其傳承靠師徒授受，很容易失傳，中外歷史都提到過這種事例。從開始冶銅到16世紀有5 000多年，可是冶金技術進展緩慢，人類能夠煉制的金屬總共隻有七八種。16世紀中葉，歐洲最早的兩本冶金著作：意大利V.比林古喬的《火法技藝》和德國G.阿格裡科拉的《論冶金》先後問世。特別是後者較完整地記載瞭當時歐洲的冶金技術操作，起到承先啟後的作用。這兩本書被公認是歐洲冶金文獻中的先驅，影響深遠。在中國，冶金專書的出版雖然比歐洲早得多，但很可惜，宋代張潛著的《浸銅要略》早已散佚，明代傅浚著的《鐵冶志》也未能傳世。明末宋應星所著《天工開物》，初刊於1637年，此書較詳細地記載瞭中國當時的冶金技術。可是，從那時到清末將近三百年間，中國封建科舉制度的桎梏使科學技術在知識界不受重視，《天工開物》這類書在當時就很少有人問津。
在歐洲，16～18世紀是自然科學播種萌芽的時代，歐洲知識界尋求真理的思想日益活躍。科學實驗設備的發明和應用成為增進知識的重要工具。復合顯微鏡就是Z.詹森在這個時期發明的，R.胡克於 1665年用顯微鏡觀察剃刀表面的銹點和劃痕，R.A.F.de列奧米爾於1713～1716年用它觀察金屬斷口。化學實驗手段的改進，也有利於發現和制取一系列新的金屬元素。鑄鋼技術於1740年被突破後，初步具備對鋼進行深入研究的條件。這反映在兩個方面：①18世紀下半葉，T.伯格曼對鋼進行認真分析，作出結論：“鋼是鐵與碳交互作用的產物”。人們對鋼的實質才有較為正確的理解。碳的數量和形態是鋼進行金屬熱處理的依據，要制出好鋼，就必須在“碳”上做文章。②氧化和還原，是冶金的化學基礎。如果對這兩者缺乏認識，建立冶金科學就無從談起。1786年解釋氧化的“燃素”學說被A.-L.拉瓦錫等人徹底推翻，人們對氧化和燃燒現象才有瞭正確的認識。19世紀中葉以後，隨著冶金生產的蓬勃發展和熱力學第二定律的闡明，化學平衡、相平衡原理被應用來解釋冶金反應和控制金屬中組織變化，冶金開始由技藝轉變為科學。
冶金學受到其他學科的哺育而成長，冶金學也為其他學科提供瞭新的金屬材料和新的研究課題。金屬元素和金屬間化合物的研究促進瞭化學的發展，金屬物理性質（如導電性、磁性）的研究成瞭凝聚態物理學的重要內容。
冶金學的成就冶金學不斷地吸收自然科學，特別是物理學、化學、力學等方面的新成就，指導著冶金生產技術向廣度和深度發展。另一方面，冶金生產又以豐富的實踐經驗，充實冶金學的內容，發展成為兩大領域：提取冶金學和物理冶金學。
提取冶金學 從礦石和再循環物料提取金屬（包括金屬化合物）的生產過程稱為提取冶金學。由於這些生產過程伴有化學反應，又稱為化學冶金學。它研究分析火法冶金、濕法冶金或電化學沉積等各種過程及方法的原理、工藝和流程，故又稱為過程冶金學。後一名詞根據習慣也簡稱冶金學。也就是說，狹義的冶金學指的是提取冶金學，而廣義的冶金學則包括提取冶金學和物理冶金學。
提取冶金學的任務是研究各種冶煉及提取(見萃取)方法，提高生產率，節約能源和資源，改進產品質量，降低成本和擴大品種。
鋼鐵冶煉 1828年高爐煉鐵采用預熱空氣鼓風，煉鐵效率提高。1856年貝塞麥轉爐煉鋼法用液態生鐵煉成液態的鋼。轉爐煉鋼是冶金史上最傑出的成就之一，是創造性地將物理化學和流體動力學應用於冶金生產工藝的典范，從此開始瞭煉鋼的新紀元。西門子和馬丁發明的平爐煉鋼法在1864年投產。這種方法能用廢鋼和生鐵靈活搭配作原料。平爐采用蓄熱室使爐溫顯著提高，是繼高爐采用熱風之後又一項重大突破。為瞭擴大煉鋼原料來源，托馬斯和吉爾克裡斯特采用堿性爐襯和堿性爐渣，以促進去磷，成功地解決瞭用高磷生鐵煉鋼的問題。從此，堿性冶煉成為平爐、轉爐、電爐各種煉鋼法的操作方式。爐渣性質對脫磷、脫硫反應的影響，脫碳反應形成鋼液沸騰的規律等，漸漸被人們瞭解。高爐中直接還原和間接還原的關系也漸被認識。
20世紀下半葉以來，鋼鐵冶煉又有新的發展。氧氣轉爐煉鋼法於1952年研發成功，迅速取代平爐成為主要煉鋼方法。在氧氣轉爐煉鋼的發展中，運用瞭超聲速氣體射流以及鋼液流動攪拌等理論，後又發展出頂底復合吹煉法。連續鑄鋼技術在70年代以來迅速發展，對連鑄傳熱過程的數值法求解和有效控制，提高瞭鑄造過程的可靠性，能完全取代鋼錠模鑄造而形成全連鑄體制。煉鋼–爐外精煉–連鑄–連軋組合的生產流程成為現代鋼鐵業的標志。
有色金屬冶煉 科學技術的發展向冶金業不斷提出生產新型材料的要求，冶金業在滿足這些要求中，推動瞭科學技術的發展，自身也大步前進。有色金屬冶煉就是這樣在和整個現代科學技術息息相關的情況下建立瞭一系列新的金屬工業。例如：20世紀50年代以前，矽、鍺的冶煉不被重視，隻有半導體物理學興起後，才迅速發展起來，並已形成一個新的冶金行業——半導體冶金。鋁、鈦和航空技術的關系，鈾和原子能技術的關系等，也莫不如此。
圖2 中國鋁生產基地之一——山東鋁廠
有色金屬種類繁多，物理和化學性質各不相同，它們的生產工藝在富集、分離、制取和提純等過程中技術比較復雜。而且有色金屬礦大都品位不高，往往是多種礦物共生，在采礦、選礦、資源綜合利用和環境保護方面要解決大量復雜的問題。在冶金學和生產實踐密切結合的條件下，有色金屬冶金業取得十分豐富的技術成果。其中較重要的有：
①重有色金屬火法冶金。有色金屬硫化礦容易選成精礦，傳統的冶煉方法是火法冶金，雖然這種方法會產生大量有毒廢氣，但經過技術上的不斷改善，能夠大量減少廢氣而且回收氣相物質制成硫酸等副產品，減少有害氣體的逸出，並利用硫燃燒所產生的熱量，使火法冶金成為有效利用能量的自熱熔煉法。現代火法冶金具有以下的特點：利用工業氧氣代替空氣，強化熔煉過程；使用能力大的冶煉設備；盡最大可能利用硫化精礦的燃料價值，將間斷操作改為連續或半連續操作；在焙燒和還原冶煉過程中，綜合回收各種有價金屬，如在鎳冶煉過程中，可回收鎳、鈷、銅、金、銀、鉑、鈀、銠、釕、銥、硒、碲、鐵、硫等金屬。雖然近代電冶金、濕法冶金有瞭很大的發展，但火法冶金仍然是處理重有色金屬硫化礦的主要方法。
②熔鹽電解法煉制輕金屬。熔鹽電解法是用電解還原的方法。早在19世紀初，英國人H.戴維已用此法制得鉀、鈉、鋰等金屬。1854年法國人H.S.C.德維爾用鈉還原法制鋁，生產成本很高，鋁與銀同價，因而不能推廣應用。1886年美國人C.M.霍爾和法國人P.-L.-T.埃魯各自采用熔鹽電解法煉鋁成功。這一成就與拜耳法處理鋁礬土制氧化鋁的方法相結合，使鋁冶金真正走上工業化生產的道路，使鋁發展成為僅次於鋼鐵的“第二金屬”，並且開辟瞭航空技術的新紀元。熔鹽電解法在有色金屬冶金中占有重要地位。除鋁外，還用於鎂、鈹、鋰、鈉和鈾的生產。
③濕法冶金。這種冶金過程是用酸、堿、鹽類的水溶液，以化學方法從礦石中提取所需金屬組分，然後用水溶液電解等各種方法制取金屬。現在世界上有75％的鋅和鎘是采用焙燒–浸取–水溶液電解法制成的。這種方法已代替瞭大部分過去的火法煉鋅。其他難於分離的金屬，如鎳–鈷，鋯–鉿、鉭–鈮及稀土金屬(見稀土金屬冶金)都采用濕法冶金的技術，如溶劑萃取或離子交換等新方法進行分離，取得顯著的效果。
④金屬熱還原。此法是用矽、鈣、鎂、鋁、鈉等化學性質活潑的金屬還原其他金屬的化合物。如用鎂、鈣還原四氯化鈦、四氯化鋯及四氟化鈾，分別可得到鈦、鋯、鈾等。金屬熱還原法在難熔金屬冶金中占有重要的地位。在鐵合金生產中也用得較多，如用鋁矽熱法制造鉬鐵合金等。
⑤氫還原法制取高純金屬。這種方法用來制備高純或超純金屬最為重要，因為金屬的氯化物（如四氯化矽、四氯化鍺等）可用精餾法提純，然後用氫還原法還原金屬氯化物，可制備高純金屬。這種超純材料對電子工業的高速發展，起瞭重要的作用。鎢、錸冶金也采用這種方法。
20世紀中葉以來，一些特種冶煉工藝相繼問世，對新材料的發展起到極大的促進作用，其中最突出的是真空冶金技術。高頻感應爐(見感應熔煉)是20世紀20年代以後出現的，大約過瞭20年，出現瞭真空感應爐，隨著又出現真空自耗爐和真空電子束熔煉爐。這些裝置對冶金產品質量的提高起瞭重要作用。真空中氣體稀薄，有利於制備化學性質活潑的金屬如鈦、鋯、鈾等，在真空下可不被氧化，單重500千克至50噸的鈦合金錠能用真空自耗重熔法制備。利用金屬蒸氣壓的差別可以在真空下蒸餾提純，而高純鍺比普通金屬鍺貴數百倍。
冶金過程物理化學的研究 是提取冶金學的基礎。冶金過程熱力學闡明各種冶金反應進行的方向和限度。參與冶金反應的冶金熔體大都不屬於理想溶液，因而組元活度的概念和溶解過程的吉佈斯能變量的數據對掌握冶金過程熱力學非常重要。冶金過程熱力學是從20世紀30年代以來結合鋼鐵冶煉過程的研究而活躍起來的，和鋼鐵冶煉有關的大多數元素（約23個）高溫熱力學及溶解吉佈斯能等均積累瞭相當充分的數據。80～90年代，中國冶金學者對稀土金屬、堿土金屬在鋼中的物理、化學性質做瞭研究和仔細測定，豐富瞭熱力學數據。至於和高爐操作及廢鋼再循環有關的鉀、鈉、鋅的數據和有色金屬冶煉有關的硫化物系列數據，是冶金熱力學中較薄弱的部分。70年代以來，研究反應速率及機理的冶金過程動力學和冶金傳輸原理發展較快，關於高溫湍流流動的數值解、熔池中氣泡、液滴和顆粒的運動及分佈、液–液和氣–液界面傳質系數和流速分佈的關系等，進行瞭大量實驗研究和理論分析，促進瞭精煉操作的完善。
物理冶金學 研究通過成型加工，制備有一定性能的金屬或合金材料的學科稱之為物理冶金學，或稱金屬學。金屬(包括合金)的性能(物理性能及力學性能)不僅與其化學成分有關，而且被成型加工或金屬熱處理過程產生的組織結構所決定。成型加工包括金屬鑄造、粉末冶金(制粉、壓制成型及燒結)及金屬塑性加工（壓、拔、軋、鍛）。研究金屬的塑性變形理論、塑性加工對金屬力學性能的影響以及金屬在使用過程中的力學行為，則稱之為力學冶金學。顯然，力學冶金學是物理冶金學的一個組成部分。
圖3 檢測金屬顯微組織形貌的金相圖像分析儀
19世紀中葉，在鋼生產開始大發展的時候，為瞭獲得鋼的熱處理和有關使用方面的知識，1863年H.C.索比用顯微鏡對鋼的組織進行系統的觀察和研究，創建瞭金相學。金相學使冶金學向前邁開瞭極其重要的一步。隻有金相學的出現，才有可能研究金屬的顯微組織及其在各種條件下的變化，物理冶金的研究方向——研究金屬及其合金的組成、組織結構和性能之間的內在聯系——也就更加明確起來。為瞭掌握各種合金相（或組織結構）的生成條件，對相圖的需求日益迫切。1900年德國人H.W.巴基烏斯–洛茲本在前人工作基礎上運用吉佈斯相律建立鐵碳相圖（即鐵碳平衡圖），這一重大研究成果，是物理冶金發展史上的裡程碑。此後，在各種相圖工作的指引下，研究發展合金尤其是合金鋼的工作開展起來瞭。19世紀下半葉主要研究瞭含鎢的高速工具鋼和高錳耐磨鋼。用途較廣的鎳鉻鋼系列則是第一次世界大戰前夕英國佈雷斯利等人研究成的。在1860年各國實際應用的各種合金和合金鋼的品種共40種左右。1890年後逐漸增加，到20世紀60年代正式列入各國工業產品目錄的合金及鋼的品種已不下4 000種。從冶金角度看，可以認為20世紀進入瞭合金時代，進入人類按使用要求創制性能合格的金屬材料的時代。
20世紀以來，金屬學取得的一系列重大成就，為推進冶金生產和技術的發展作出瞭貢獻。其中影響較大的是：
C曲線 美國人E.C.貝茵等研究奧氏體在不同溫度下的恒溫轉變特征及其產物，創造瞭C曲線，從而闡明瞭鋼的一般熱處理原理。
晶粒取向 研究金屬冷加工變形過程和退火後的組織結構變化，發現取向結構對矽鋼片性能有顯著影響，從而找到瞭生產高性能矽鋼片的方法。
金屬單晶制備 掌握單晶和雙晶等制備方法，為晶體研究和半導體晶體管生產提供瞭技術手段。
脫溶 法國人A.吉尼爾和英國人G.D.普雷斯頓在20世紀30年代晚期各自應用X射線衍射法研究高強度鋁合金的時效硬化機理，指出鋁銅合金中的銅原子處於脫溶狀態時硬化效應最大。鋼中的合金元素在一定條件下也可脫溶，在晶界形成彌散的碳化物、氮化物等沉淀相，增加鋼的強度，獲得高性能的微合金化鋼。
用電子顯微鏡研究金屬 1932年發明電子顯微鏡，經過改進於1939年制成商品，後來繼續改進，其分辨能力不斷提高，已成為研究微觀結構的有力工具。近年來電子顯微鏡已能直接觀察金屬中的面缺陷、位錯和點缺陷等。應用電子計算機處理圖像，進一步提高電子顯微鏡的分辨能力，已能直接看到金屬晶體中單個原子的清晰圖像。這是20世紀傑出的科技成就之一。
位錯理論 是1934年由英國人G.I.泰勒、M.波拉尼和匈牙利人E.奧羅萬分別提出的。1956年英國人P.B.赫希用金屬薄膜在電子顯微鏡下進行觀察，證實瞭位錯的存在。以後一些學者又陸續驗證瞭理論上對金屬中位錯生成、增殖和運動規律的推測。這對闡明金屬形變、強度和斷裂機制有重要意義（見晶體缺陷）。
鋼中馬氏體相變 此研究加深瞭對馬氏體中碳原子固溶強化以及對馬氏體中位錯和孿晶等作用機制的瞭解，有效地指導瞭高強度、高韌性鋼的設計和發展。形變熱處理、應變時效熱處理，以及低碳馬氏體鋼、馬氏體時效鋼、相變塑性(TRIP)鋼和雙相鋼等都是以此為指導原則提出來的。20世紀30年代在銅合金中觀察到馬氏體相變的可逆性，後來又發現若幹具有同樣性能的合金，根據這一原理研制成的形狀記憶合金，已經應用於某些新技術中。
高溫合金材料 20世紀40年代以來，噴氣發動機的發展對高溫合金提出日益嚴格的要求。1943年英國制造的第一臺噴氣發動機使用鎳基高溫合金的工作溫度為650℃，以後逐年提高。20世紀70年代達到950℃，鎳基合金的使用溫度已相當於合金熔點絕對溫度的75％以上，這是20世紀冶金技術的出色成就之一，是綜合運用金屬學理論、材料使用所積累的經驗和冶金新工藝等得到的成果。
微晶金屬和非晶態金屬 液態金屬經快速冷卻所生成的快冷微晶合金或非晶態金屬，各自具有獨特的性能。微晶金屬是液態金屬在惰性氣體中噴霧快速冷卻形成的超細粉末。由這種超細粉末壓制成型並進行燒結而成的部件，由於成分均勻，偏析小，可以提高合金化程度，其微晶結構具有較一般合金優越得多的性能。非晶態金屬則是某些合金體系從液態以大於每秒105℃的冷卻速度冷到室溫的金屬，其強度和抗腐蝕性能都優於一般金屬。非晶態金屬的電磁性能尤為優越，作為軟磁材料，有可能取代取向矽鋼片。微晶金屬和非晶態金屬的發現，為金屬學開辟瞭廣闊新園地。
金屬表面 金屬表面科學研究日益深入。通過提高鋼部件表面硬度以提高它的抗磨性能的技術，在20世紀30年代已普遍應用；隨著滲碳、滲氮等技術的采用，新的表面處理方法不斷出現。例如采用噴丸處理使金屬部件表面產生壓應力以提高其疲勞性能，采用氣相沉積以增強金屬表面抗磨性能，采用激光處理使金屬表面合金化或產生一層非晶態物質以改善其抗腐蝕性能。采用離子註入法改變金屬表面層的成分和結構等。
超塑性 金屬和合金的超塑性的發現，對塑性加工帶來很大的好處，有些難以變形的金屬可以利用它的超塑性成形。這種方法所需設備功率小，金屬收得率高，成型後金屬性能均勻。但是對材料的組織結構要求嚴格，成形工藝比較復雜。
斷裂力學 繼位錯理論之後，美國人G.R.歐文等在20世紀60年代初根據線彈性理論提出斷裂力學的概念，在控制材料質量和機械設計等方面起瞭十分重要的作用。
冶金學的展望一個多世紀以來，隨著冶金工業的蓬勃發展，冶金學也有長足的進步。在提取冶金學方面，已經有可能自覺控制冶金反應過程，結合信息技術的運用，冶金業已成為能源效率極高的產業，而且能夠擴大利用不同類型的資源。在物理冶金學方面，對材料性能和金屬組織、成分的內在聯系有瞭相當深刻的認識，可以設計出強度、韌性滿足各種需要的結構材料。在冶金生產過程中通過加工線上的形變熱處理，可以經濟有效地制造出不同性能的鋼材。此外，還發展瞭一大批具有特殊物理性能或生化功能的金屬功能材料，以滿足電子信息技術、航空航天技術、生物醫學技術等需要。
進入21世紀，提取冶金學的任務是經濟有效地制造純度更高的金屬。超純潔鋼要求氧、氮、氫、硫、磷等雜質含量從百萬分之幾十到百萬分之幾；有色金屬的純度要達到十餘個9；高純度能充分顯現金屬本身的特性，也有利於按原子個數控制摻入的其他元素。提取冶金的另一任務是擴大資源的再循環利用，減少廢棄品，特別是CO2、NOx、SO2及二噁英的排放，促使冶金生產成為社會生態和諧的制造過程，以利於保護地球環境。在結構材料方面，已經研制出的鋼材所具有的強度最多不過是鐵的理論強度（13 734兆帕）的1/5～1/10；進一步提高材料強度使其更接近鐵的極限還是可能的。關於功能材料，冶金學同陶瓷工程學、凝聚態物理學、凝聚態化學等學科的有關內容會合成為材料科學(見材料科學技術)，材料科學的出現是為瞭適應新技術發展的需要，特別是電子信息發展的需要。材料科學中與此有關的首先是半導體冶金，其對象是鍺、矽以及Ⅲ～Ⅴ族化合物。制取半導體材料需要應用先進的冶金技術和凝聚態物理實驗方法，首先是要求超純，有的需要制備無位錯單晶，有的還要摻入某種特定的添加物。在這方面，離子註入這項新技術得到瞭應用，為冶金開拓瞭新的發展前景。向超純單晶某一取向註入離子是制備薄膜半導體的一種方法，也可能成為深入研究晶格中電子行為的一種實驗途徑。超導材料和納米材料也是材料科學中進展較快的方面。金屬接近0K（－273.15℃）時電阻幾乎完全消失，稱為超導現象；研究超導材料，為瞭在有可能應用的低溫（如液氮，77K）獲得超導性，超導材料要用純的釔、鋇、銅、鈮、鈦等。納米材料是用納米（10–9米）級的超細粉制取的材料，具有許多奇異的性能，納米材料不隻限於金屬，也包括石墨、陶瓷及高分子有機材料。
材料科學的一項重要內容是研制結合多種材料特點的復合材料。其中包括不同金屬之間的復合，金屬與非金屬的復合，有機塑料和金屬或非金屬的復合等。關於復合材料的某些組織結構，冶金工作者並不生疏。事實上一些共析型的合金，如Co–TaC等，其碳化物呈胡須狀沿凝固結晶方向穿插在金屬基體中，它就是一種復合材料。用各種胡須或纖維增強金屬或塑料的復合材料已在許多方面開始應用。可以預期，隨著材料科學的進展，復合材料將像一百年前的鋼一樣，越來越顯示出強大的生命力。