冶金是指從礦石中提取金屬或金屬化合物，用各種加工方法將金屬制成具有一定性能的金屬材料的過程和工藝。冶金的技術(shù)主要包括火法冶金、濕法冶金以及電冶金。
火法冶金是指礦石或精礦中的部分或全部礦物在高溫下經(jīng)過一系列物理化學(xué)變化，生成另一種形態(tài)的化合物或單質(zhì)，分別富集在氣體、液體或固體產(chǎn)物中，達(dá)到所要提取的金屬與脈石及其它雜質(zhì)分離的目的。濕法冶金是使要提取的金屬成某種離子(陽離子或絡(luò)陰離子)形態(tài)進(jìn)入溶液，從溶液中除去這些雜質(zhì)后通過置換、還原、電積等方法從凈化液中將金屬提取出來的過程。電冶金主要有電熱冶金和電化學(xué)冶金兩個(gè)方面，電熱冶金是指電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苓M(jìn)行冶煉的方法，電化學(xué)冶金主要包括電解和電積：溶液電解使金屬從含金屬鹽類的溶液或熔體中析出。可列入濕法冶金一類;后者稱為熔鹽電解，不僅利用電能的化學(xué)效應(yīng)，而且也利用電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽枰约訜峤饘冫}類使之成為熔體，故也可列入火法冶金一類。
材料具有很廣闊的外延，根據(jù)材料的化學(xué)組成可分為金屬材料、無機(jī)非金屬材料、高分子材料和復(fù)合材料;根據(jù)材料用途可分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料。在本課程中提出的材料冶金，是指用冶金的方法去解決材料的問題。提到冶金，范圍限定在金屬材料上。
金屬材料的性能一般分為工藝性能和使用性能兩類。所謂工藝性能是指機(jī)械零件在加工制造過程中，金屬材料在所定的冷、熱加工條件下表現(xiàn)出來的性能。金屬材料工藝性能的好壞，決定了它在制造過程中加工成形的適應(yīng)能力。由于加工條件不同，要求的工藝性能也就不同，如鑄造性能、可焊性、可鍛性、熱處理性能、切削加工性等。所謂使用性能是指機(jī)械零件在使用條件下，金屬材料表現(xiàn)出來的性能，它包括機(jī)械性能、物理性能、化學(xué)性能等。金屬材料使用性能的好壞，決定了它的使用范圍與使用壽命。金屬材料的機(jī)械性能即材料的使用性能，是零件的設(shè)計(jì)和選材時(shí)的主要依據(jù)。外加載荷性質(zhì)不同(例如拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、沖擊、循環(huán)載荷等)，對(duì)金屬材料要求的機(jī)械性能也將不同。常用的機(jī)械性能包括：強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性、多次沖擊抗力和疲勞極限等。
材料中原子間的結(jié)合以及排列方式在很大程度上決定了材料所表現(xiàn)出來的宏觀性質(zhì)，原子之間的鍵合主要有：離子鍵，共價(jià)鍵，金屬鍵，分子鍵和氫鍵;在金屬晶體結(jié)構(gòu)中晶體缺陷的形成也是由于在晶體生長，加工等各個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的，使晶體內(nèi)部的原子排列出現(xiàn)偏離理想位置，或出現(xiàn)排列混亂的區(qū)域而引起的。
隨著科技的發(fā)展，許多單一元素材料的性能已經(jīng)不能滿足要求，因此大多數(shù)材料都是由多種元素組成的，不同的元素混合成新的材料時(shí)，由于元素間物理的和化學(xué)的相互作用，形成具有一定晶體結(jié)構(gòu)和一定成分的相，相是指材料中結(jié)構(gòu)相同，成分與性能均一并以界面相互分開的組成部分，材料中，相的數(shù)量、大小等隨化學(xué)成分，制備工藝等發(fā)生變化，影響相結(jié)構(gòu)的因素有：負(fù)電性因素，原子尺寸因素，電子濃度因素。
在材料凝固與結(jié)晶過程中理論上，材料液態(tài)到固態(tài)的轉(zhuǎn)變是一個(gè)基本的相變過程，其中純金屬的凝固時(shí)凝固理論的基礎(chǔ)。液態(tài)金屬的X射線表示，液態(tài)金屬的近鄰原子之間具有某種與晶體結(jié)構(gòu)相近的排列規(guī)律，但這種排列的規(guī)律性不能向晶體那樣延伸至遠(yuǎn)距離。可見，液相的微小范圍內(nèi)，存在著原子間的緊密接觸、規(guī)則排列的小集團(tuán)，稱之為短程有序或者近程有序。研究還表明，液態(tài)金屬的短程有序集團(tuán)并非固定不動(dòng)和一成不變的，而是在不斷變化之中。高溫下原子的熱運(yùn)動(dòng)較為激烈，短程有序集團(tuán)只能維持短暫的時(shí)間，而新的短程有序原子集團(tuán)又同時(shí)出現(xiàn)。此起彼伏，與那些無序的原子之間形成動(dòng)態(tài)平衡。這種現(xiàn)象稱為液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)起伏或者相起伏。這些結(jié)構(gòu)起伏的短程有序集團(tuán)為形核提供了條件，晶核都是由這些短程有序集團(tuán)發(fā)展而來。在過冷的液態(tài)金屬中，晶核一旦形成后伴隨的就是晶體的長大。晶核和晶體長大的方式主要與液固兩相界面的結(jié)構(gòu)以及液固兩相界面前溫度分布有關(guān)，金屬凝固完成后的組織取決于形核與長大兩個(gè)過程，晶核的多少?zèng)Q定了晶粒的多少或者晶粒的粗細(xì)，晶體的長大主要影響組織形態(tài)。傳統(tǒng)的材料科學(xué)中有以下共性規(guī)律：晶體學(xué)結(jié)構(gòu)規(guī)律、材料缺陷與斷裂強(qiáng)度、材料的相變?cè)怼⒉牧系男巫兣c斷裂規(guī)律、材料的強(qiáng)韌化原理(固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、第二相強(qiáng)化、相變?cè)鲰g、晶界玻璃相析出強(qiáng)韌化。通過對(duì)這些規(guī)律的研究與把握，來控制制得材料的性能。
在冶金過程中，主要有以下幾個(gè)環(huán)節(jié)，就每一個(gè)環(huán)節(jié)的原理與過程，探討其對(duì)材料制備的影響。
干燥：除去原料中的水分，干燥溫度一般為400-600℃。焙燒是指將礦石或精礦置于適當(dāng)?shù)臍夥障拢訜嶂恋陀谒鼈兊娜埸c(diǎn)溫度，發(fā)生氧化、還原或其他化學(xué)變化的冶金過程。其目的是為改變?cè)现刑崛?duì)象的化學(xué)組成，滿足熔煉的要求。按焙燒過程控制的氣氛的不同，可分為氧化焙燒、還原焙燒、硫酸化焙燒、氯化焙燒等。煅燒是指將碳酸鹽或氫氧化物的礦物原料在空氣中加熱分解，除去二氧化碳或水分，變成氧化物的過程，也成焙解。燒結(jié)和球團(tuán)，將不同粉礦混勻或造球后加熱焙燒，固結(jié)成多孔塊狀或球狀的物料，是粉礦造塊的主要方法。在以上過程中，發(fā)生氧化還原等化學(xué)變化，原子間的鍵合發(fā)生了改變，對(duì)材料的性質(zhì)與性能造成影響。
熔煉是指將處理好的礦石或者其他原料，在高溫下通過氧化還原反應(yīng)，使礦石中金屬和雜質(zhì)分離為兩個(gè)液相層即金屬液和熔渣的過程，也叫冶煉。按冶煉條件可分為還原熔煉，造锍熔煉，氧化吹煉等。精煉是進(jìn)一步處理熔煉所得到的含有少量雜質(zhì)的粗金屬以提高其純度。吹煉的實(shí)質(zhì)是氧化熔煉，就是將造锍熔煉所得到的锍的熔體，一般在轉(zhuǎn)爐中借助鼓入空氣中的氧或者富氧空氣使鐵硫和其他雜質(zhì)元素氧化，或造渣或揮發(fā)與主體金屬分離而得到的金屬。蒸餾是指將冶煉的物料在間接加熱的條件下，利用在某一溫度下各種物質(zhì)揮發(fā)度不同的特點(diǎn)，使冶煉物料中某些組分分離出來的方法。所謂浸出就是將固體物料加到液體溶劑中，使得固體物料中的一種或者幾種有價(jià)金屬溶解到溶液中，而脈石和某些非主要金屬入渣，使提取金屬與脈石和某些雜質(zhì)分離。
水溶液電解：是指在水溶液電解質(zhì)中，插入兩個(gè)電極-陰極與陽極，通入直流電，使水溶液電解質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，這個(gè)過程稱為水溶液電解。因使用的陽極不同，有可溶陽極和不可溶陽極之分，前者稱為電解精煉，后者成為電解沉積。熔鹽電解，是用熔融鹽作為電解質(zhì)的電解過程，主要用于提取輕金屬。這是由于這些金屬的化學(xué)活性很大，電解這些金屬的水溶液得不到金屬。
冶金學(xué)是材料學(xué)的前身，從冶金的角度尋找解決材料學(xué)問題的方法是一種尋溯源的過程，具有更微觀，更容易調(diào)控的特點(diǎn)，比如對(duì)超細(xì)金屬管的制備，生物材料制備等，材料冶金必將為為材料學(xué)的發(fā)展提供新的思路。