金属学研究金属及合金的成分、组织和性能及三者之间的关系，同时研究金属及合金的组织和性能与外界条件之间的关系。
1、金属结构
金属原子按一定的排列规则形成了所谓的空间晶格。
2、合金组织
两种或者2种以上的元素，其源自熔合再一起的物质，再合金。
根据元素之间相互作用的关系，以及形成晶体结构和纤维组织的特点，可将合金组织分为3类：固溶体、化合物、机械混合物。
固溶体
固溶体使一种物质的原子均匀的分布再另一种物种的晶格里而构成的固态的复合体。
根据原子再晶格上分布的形式，固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体。
化合物
两种元素按照一定原子数比例组合，形成与元素晶格类型及性质完全不同的复合体，在晶格中各元素原子的相互位置使固定的，称为化合物。例如氧化铁。
金属与金属或金属与非金属之间的化合物，一般情况下有较高的硬度和脆性，并有较高的熔点和比纯金属大的电阻。
机械混合物
固溶体和化合物均为单相合金，如哦合金由两种不同的晶体结构彼此机械混合组成，则称为机械混合物。
它往往比单一的固溶体合金有更高的强度、硬度和耐磨性；但塑性和压力加工性能则较差。
钢和铸铁为铁碳合金 碳含量 2.11%的铁碳合金为钢
2.11%-6.67%为铸铁。
工业上的钢 碳含量少于1.4%而其中用于制造焊接结构的钢，含碳量需要更低些。
常见钢的显微结构。
1、不同含碳钢有不同力学性能，这主要是由于含碳量不同则钢的微观组织不同的缘故。
钢的微观组织主要有 铁素体、渗碳体、珠光体、马氏体、奥氏体和魏氏组织等。
铁素体
铁素体使含碳量很低的铁，他是由少量的碳和其他元素工在a-fe中形成体心立方晶格的固溶体，在低于910℃出现，铁素体的刚度和硬度较低，但塑性和韧性很好。
渗碳体 fe3c
渗碳体是铁和碳的化合物，其分子式 fe3c,它的性质与铁素体相反，硬度高，但强度低，脆性大，延伸率和冲击韧性都极差。随着钢中含碳量的增加，钢种渗碳体的量也增多，钢的硬度强度增加，塑性韧性下降。
珠光体
铁素体渗碳体混合在一起的结构，及铁素体和渗碳体晶体的机械混合物。它旨在低于727°才存在，这一混合结构的平均含碳量0.77%
奥氏体
奥什体具有面心的立方晶格，他是碳在 y-fe中的固溶体。碳钢中奥氏体只出现在高温区域内，在低于727°以后，奥氏体就随钢合金中含碳量的不同，分别转变为铁素体、珠光体和渗碳体。
奥氏体具有低硬度和强度，但是塑性和韧性良好。
马氏体
马氏体式碳在a-fe中过饱和的固溶体，马氏体的体积比相同重量的体积大，因此，由奥氏体转变为马氏体时体积要膨胀，局部体积膨胀后引起内应力往往导致零件变形、开裂。
马氏体，分为低碳马氏体和高碳马氏体。
高碳淬火马氏体
低碳淬火马氏体。
魏氏组织
是一种过热组织，是由彼此交叉越60°铁铁素体针嵌入基体的显微组织。碳钢过热晶粒长大后，高温下的晶粒组大的奥氏体以一定的速度冷却室，很容易形成魏氏组织。粗大的魏氏组织使钢材的塑性和韧性下降，使钢变脆。
铁碳合金状态图使表示在平衡状态下，不同成分的铁塔合金在不同温度下得到的晶体结构和显微组织的图形，因此又称为铁碳平衡图。
钢的热处理
将金属加热到一定的文图，并保持一定时间，在以一定的速度冷却到室温，这个过程称为热处理。
在冷却过程中，不同的冷却速度对钢的组织变化，会产生很大的影响。
1、淬火
将刚加热到acm或a3以上30°-70度 在温度保持一段时间，等金属全部转变为奥氏体，然后再水中或油中快速冷却，而形成马氏体。
含碳量小于0.25%的低碳钢因含碳量低，不易淬火形成马氏体。淬火后可以提高钢的硬度及耐磨性。
在焊接中碳钢和某些合金钢时，近缝区可能发生淬火现象而变硬，易形成冷裂纹。
回火
催货后进行回火，可以保持一定强度的基础上回复钢的韧性。
回火的温度不同分为
低 中 高温回火
钢在淬火后再进行高温回火，这一连续的热处理操作称为调质。
正火
将钢再ac3或者acm以上30°-50°，保温一定时间案后，再空气中冷却，得到珠光体类组织。这一工艺过程为正火。