Η μεταλλουργική μηχανική είναι ο τομέας της μηχανικής που είναι αφιερωμένος στην εργασία με μέταλλα. Περιλαμβάνει τομείς όπως η εξόρυξη μετάλλων από τη γη, η διύλιση μεταλλευμάτων και ο σχεδιασμός και η παραγωγή υλικών από μείγματα μετάλλων, που ονομάζονται κράματα μετάλλων. Είναι εξαιρετικά σημαντικό σε τομείς όπως η κατασκευή και οι κατασκευές, καθώς και σε μια τεράστια γκάμα καταναλωτικών αγαθών με μεταλλικά εξαρτήματα.
Αυτός ο τομέας της μηχανικής συνήθως χωρίζεται σε δύο τομείς, την εξορυκτική μεταλλουργία και τη φυσική μεταλλουργία. Στην εξορυκτική μεταλλουργία, η μεταλλουργική μηχανική χρησιμοποιείται για την εξόρυξη και τη διύλιση μετάλλων που εξορύσσονται από τη γη. Τα μέταλλα βρίσκονται σχεδόν πάντα αναμεμειγμένα με άλλα υλικά σε κοιτάσματα ορυκτών που ονομάζονται μεταλλεύματα και όχι μόνα τους και είναι συχνά σε χημικές ενώσεις και όχι σε καθαρή στοιχειακή μορφή. Για να μπορέσουν να χρησιμοποιηθούν αυτά τα μέταλλα, πρέπει πρώτα να αφαιρεθούν από το μετάλλευμα.
Αυτό μπορεί να γίνει με διάφορες μεθόδους, ανάλογα με το εν λόγω μετάλλευμα. Τα μεταλλεύματα μπορούν να θερμανθούν για να προκαλέσουν φυσικές αλλαγές και χημικές αντιδράσεις στο μετάλλευμα. Χημικοί παράγοντες μπορούν να εφαρμοστούν για να προκαλέσουν χημικές αντιδράσεις στις ενώσεις που περιέχουν το μέταλλο. Τα μεταλλεύματα μπορούν να διαλυθούν σε νερό που θερμαίνεται μέχρι να λιώσουν, έτσι ώστε το μέταλλο να μπορεί να απομονωθεί μέσω ηλεκτρικών διεργασιών. Μόλις το μέταλλο δεν ενωθεί πλέον χημικά με άλλα στοιχεία, στη συνέχεια εξευγενίζεται για να καθαριστεί φυσικά. Όλες αυτές οι μέθοδοι εξαρτώνται από τη γνώση της μεταλλουργικής μηχανικής.
Από τη στιγμή που τα μέταλλα έχουν ληφθεί από το περιβάλλον μέσω της εξορυκτικής μεταλλουργίας, η φυσική μεταλλουργία είναι αυτή που τα θέτει σε χρήση. Μία από τις κύριες εφαρμογές της μεταλλουργικής μηχανικής είναι η δημιουργία μεταλλικών κραμάτων συνδυάζοντας ένα μέταλλο με άλλα μέταλλα ή μη μεταλλικά υλικά. Τα κράματα μπορεί να έχουν ιδιότητες που διαφέρουν από τα συστατικά τους μέρη και μια τεράστια ποικιλία κραμάτων έχει δημιουργηθεί για να παρέχει υλικά για διαφορετικές εργασίες. Συνηθέστερα, οι συστατικές ουσίες ενός κράματος αναμιγνύονται θερμαίνοντάς τες αρκετά ώστε να λιώσουν και στη συνέχεια αναμειγνύοντάς τις μεταξύ τους και αφήνοντας το μείγμα να κρυώσει και να στερεοποιηθεί. Άλλα μέσα κραματοποίησης υλικών είναι επίσης δυνατά, όπως η ανάμειξή τους σε στερεή μορφή σκόνης και στη συνέχεια η υποβολή τους σε μεγάλη θερμότητα και πίεση για να συνδυαστούν.
Το κράμα μπορεί στη συνέχεια να υποβληθεί σε μια σειρά από διαφορετικές διεργασίες επεξεργασίας που αλλάζουν τις μηχανικές του ιδιότητες χωρίς να αλλάζουν τη χημική του σύνθεση. Αυτές οι διεργασίες μπορεί να είναι μηχανικές, αλλάζοντας την κρυσταλλική δομή του κράματος ασκώντας δυνάμεις σε αυτό για να προκαλέσουν μηχανική καταπόνηση. Μπορούν επίσης να περιλαμβάνουν θέρμανση του κράματος, καθώς διεργασίες όπως το κράτημα ενός κράματος σε υψηλή θερμοκρασία για παρατεταμένες χρονικές περιόδους ή η θέρμανση του και στη συνέχεια η ταχεία ψύξη του ξανά βυθίζοντάς το σε κρύο νερό ή λάδι μπορούν επίσης να επηρεάσουν την κρυσταλλική δομή στην οποία τα άτομα του κράματος είναι διατεταγμένα. Η μεταλλουργική μηχανική εφαρμόζει επιστημονική γνώση των χαρακτηριστικών διαφορετικών μειγμάτων ουσιών και των φυσικών επιπτώσεων διαφορετικών επεξεργασιών για να επινοήσει μια παραγωγική διαδικασία για τη δημιουργία ενός κράματος που ταιριάζει καλύτερα σε μια δεδομένη εφαρμογή.
Έτσι, η μεταλλουργική μηχανική βρίσκεται στο επίκεντρο των βιομηχανιών παραγωγής μετάλλων όπως η χαλυβουργία. Είναι πολύ σημαντικό σε συναφείς τομείς όπως η κατασκευή κτιρίων, ο σχεδιασμός οχημάτων όπως αυτοκίνητα και αεροπλάνα και έργα πολιτικού μηχανικού όπως οι γέφυρες. Επιπλέον, η μεταλλουργική μηχανική είναι απαραίτητη για τη βιομηχανική κατασκευή πολλών κεφαλαιουχικών και καταναλωτικών αγαθών.
Τα παλαιότερα γνωστά παραδείγματα μεταλλουργίας χρονολογούνται περίπου στο 7,000 π.Χ., όταν οι άνθρωποι άρχισαν να χρησιμοποιούν πρωτόγονα όπλα και εργαλεία από χαλκό. Μέχρι το 6,000 π.Χ., οι άνθρωποι χρησιμοποιούσαν τη φωτιά για να λιώσουν μεταλλεύματα που περιείχαν χαλκό για να φτιάξουν καθαρότερα μέταλλα. Τα πρώτα γνωστά τεχνητά κράματα χρονολογούνται από το 3,800 π.Χ., όταν οι μεταλλουργοί στη Μέση Ανατολή άρχισαν να κράνουν κασσίτερο και χαλκό για να δημιουργήσουν μπρούτζο, ένα πολύ πιο αποτελεσματικό υλικό για όπλα και εργαλεία που θα διαμόρφωσαν ριζικά την ανάπτυξη του πολιτισμού. Οι άνθρωποι σε διάφορα μέρη του κόσμου ανακάλυψαν βασικές μεταλλουργικές διεργασίες ανεξάρτητα. Αυτά τα γεγονότα προϋπήρχαν της ιδέας της μηχανικής ως εξειδικευμένου επαγγελματικού ή επιστημονικού κλάδου για πολλές χιλιάδες χρόνια, φυσικά, αλλά ο βασικός πυρήνας της μεταλλουργικής μηχανικής – η χρήση της γνώσης των μετάλλων για την εξαγωγή, τη διαμόρφωση και τη μετατροπή τους για ανθρώπινη χρήση – είναι παρών.