Metallurgie (Oudgrieks: μέταλλον métallon: (eigenlijk 'mijn', via metonymie >) metaal, erts, en ἔργον érgon: werk) is het vakgebied binnen de materiaalkunde dat zich bezighoudt met het bewerken van metaalerts en metaalschroot, zodanig dat deze kunnen dienen als basis voor de vervaardiging van metalenproducten. De oudste vorm van menselijke metaalbewerking is de koper-metallurgie, die ontstond aan het einde van de jonge steentijd.
De metallurgische praktijk begint met het winnen van metalen uit metaalerts of metaalschroot, de extractieve metallurgie; de tweede stap is de bewerking een tot bruikbaar metalen materiaal, meestal een legering; de laatste stap is de vormgeving naar een verhandelbaar halffabricaat.
De industriële omgeving waarin dit gebeurt is de metallurgische industrie of basismetaalindustrie; daarbinnen is de staalindustrie veruit de belangrijkste.
Een metallurgisch ingenieur (metallurg) probeert de structuur van een gegeven metaal zodanig te wijzigen, dat het betreffende metaal de specifieke eigenschappen krijgt die een mechanisch, elektrisch, of bouwkundig ingenieur voor zijn werk nodig heeft. Men wil uiteindelijk de volgende eigenschappen bereiken:
De volgende stap is de extractieve metallurgie, waarmee het chemisch gebonden metaal langs chemische weg wordt vrijgemaakt uit het metaalerts. Daarbij zijn de volgende chemische bewerkingen mogelijk:
Na de chemische extractie volgt de fysische bereiding van het benodigde eindmateriaal. Voor het verkrijgen van bruikbaar materiaal worden er in de smeltkroes, door middel van verhitting, mengsels bereid van een metaal waaraan andere metalen of niet-metalen worden toegevoegd. Bij de vorming van dergelijke mengsels (legeringen) is de nauwkeurigheid (de verhouding tussen de verschillende ingrediënten) van groot belang. Hoogwaardig staal bestaat uit een mengsel van ijzer met een groot aantal toevoegingen die zijn eigenschappen, bijvoorbeeld de treksterkte, beïnvloeden.
Warmtebehandelingen
Voordat het materiaal zijn uiteindelijke vaste vorm bereikt (gegoten is) zijn er verscheidene warmtebehandelingen, om de gewenste materiaaleigenschappen te bereiken:
Door bijvoorbeeld een werkstuk snel af te koelen, of juist heel geleidelijk, wordt de microstructuur beïnvloed. Een voorbeeld is het harden van staal door het af te schrikken, waarbij martensiet wordt gevormd.
en ook hierbij veranderen de microstructuur en de materiaaleigenschappen. Staaldraad wordt bijvoorbeeld vele malen sterker door het te trekken, omdat de perlietstructuur meer in de richting van de trekas georiënteerd wordt.