La ingeniería metalúrgica es el campo de la ingeniería dedicado al trabajo con metales. Abarca áreas que incluyen la extracción de metales de la tierra, el refinado de minerales metálicos y el diseño y producción de materiales hechos de mezclas de metales, llamados aleaciones metálicas. Es de enorme importancia para campos como la fabricación y la construcción, así como para una amplia gama de bienes de consumo con componentes metálicos.
Este campo de la ingeniería se divide comúnmente en dos áreas, metalurgia extractiva y metalurgia física. En la metalurgia extractiva, la ingeniería metalúrgica se utiliza para extraer y refinar los metales extraídos de la tierra. Los metales casi siempre se encuentran mezclados con otros materiales en depósitos minerales llamados menas en lugar de solos y con frecuencia se encuentran en compuestos químicos en lugar de en forma elemental pura. Antes de que estos metales puedan usarse, primero deben eliminarse del mineral.
Esto se puede hacer con varios métodos diferentes, dependiendo del mineral en cuestión. Los minerales se pueden calentar para provocar cambios físicos y reacciones químicas en el mineral. Se pueden aplicar agentes químicos para provocar reacciones químicas en los compuestos que contienen el metal. Los minerales se pueden disolver en agua calentada hasta que se funden para que el metal pueda aislarse mediante procesos eléctricos. Una vez que el metal ya no se une químicamente con otros elementos, se refina para purificarlo físicamente. Todos estos métodos dependen del conocimiento de la ingeniería metalúrgica.
Una vez que los metales se han obtenido del medio ambiente a través de la metalurgia extractiva, la metalurgia física es lo que los utiliza. Una de las principales aplicaciones de la ingeniería metalúrgica es la creación de aleaciones metálicas mediante la combinación de un metal con otros metales o materiales no metálicos. Las aleaciones pueden tener propiedades diferentes a las de sus partes constituyentes, y se ha creado una gran variedad de aleaciones para proporcionar materiales para diferentes tareas. Más comúnmente, las sustancias constituyentes de una aleación se mezclan calentándolas lo suficiente para que se fundan y luego mezclándolas y permitiendo que la mezcla se enfríe y solidifique. También son posibles otros medios de alear materiales, como mezclarlos en forma de polvo sólido y luego someterlos a gran calor y presión para combinarlos.
Luego, la aleación puede someterse a varios procesos de tratamiento diferentes que alteran sus propiedades mecánicas sin cambiar su composición química. Estos procesos pueden ser mecánicos, alterando la estructura cristalina de la aleación al aplicarle fuerzas para causar tensión mecánica. También pueden implicar calentar la aleación, ya que procesos como mantener una aleación a alta temperatura durante períodos prolongados de tiempo o calentarla y luego enfriarla rápidamente nuevamente sumergiéndola en agua fría o aceite también pueden afectar la estructura cristalina en la que los átomos de la aleación están dispuestos. La ingeniería metalúrgica aplica el conocimiento científico de las características de diferentes mezclas de sustancias y los efectos físicos de diferentes tratamientos para idear un proceso de producción para crear una aleación que se adapte mejor a una aplicación determinada.
Por lo tanto, la ingeniería metalúrgica está en el centro de las industrias de producción de metales, como la fabricación de acero. Es muy importante para áreas relacionadas como la construcción de edificios, el diseño de vehículos como automóviles y aviones, y proyectos de ingeniería civil como puentes. Además, la ingeniería metalúrgica es esencial para la fabricación industrial de muchos bienes de capital y de consumo.
Los ejemplos más antiguos conocidos de metalurgia se remontan aproximadamente al año 7,000 a. C., cuando los humanos comenzaron a usar armas y herramientas primitivas hechas de cobre. Hacia el 6,000 a. C., los seres humanos utilizaban el fuego para fundir minerales que contenían cobre para producir metales más puros. Las primeras aleaciones artificiales conocidas se remontan al 3,800 a. C., cuando los trabajadores metalúrgicos de Oriente Medio comenzaron a alear estaño y cobre para crear bronce, un material mucho más eficaz para armas y herramientas que daría forma radical al desarrollo de la civilización. Personas en diferentes partes del mundo descubrieron los procesos metalúrgicos básicos de forma independiente. Estos eventos son anteriores a la idea de la ingeniería como una disciplina científica o profesional especializada en muchos miles de años, por supuesto, pero el núcleo esencial de la ingeniería metalúrgica, que utiliza el conocimiento de los metales para extraerlos, darles forma y transformarlos para uso humano, está presente.