โลหะผสมคือส่วนผสมของธาตุทางเคมีซึ่งในกรณีส่วนใหญ่อย่างน้อยหนึ่งชนิดเป็น ธาตุ โลหะแม้ว่าบางครั้งอาจใช้กับส่วนผสมของธาตุต่างๆ ก็ได้ แต่ในที่นี้จะกล่าวถึงเฉพาะโลหะผสม เท่านั้น โลหะผสมมักมีคุณสมบัติที่แตกต่างจากธาตุบริสุทธิ์ที่ใช้ในการผลิต โลหะส่วนใหญ่ที่ใช้ในเชิงพาณิชย์มักถูกนำมาผสมเป็นโลหะผสมเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติหรือพฤติกรรม เช่น เพิ่มความแข็งแรง ความแข็ง หรือความต้านทานการกัดกร่อน นอกจากนี้ยังอาจมีการผสมโลหะเพื่อลดต้นทุนโดยรวม เช่น โลหะผสมของ ทองคำและทองแดง

ในโลหะผสม อะตอมจะเชื่อมต่อกันด้วยพันธะโลหะแทนที่จะเป็นพันธะโควาเลนต์ซึ่งมักพบในสารประกอบทางเคมี^{[ 1 ]}ส่วนประกอบของโลหะผสมมักวัดเป็นเปอร์เซ็นต์มวลสำหรับการใช้งานจริง และในรูปเศษส่วนอะตอมสำหรับการศึกษาทางวิทยาศาสตร์พื้นฐาน โลหะผสมมักถูกจัดประเภทเป็นโลหะผสมแบบแทนที่หรือแบบแทรกขึ้นอยู่กับการจัดเรียงอะตอมที่ก่อให้เกิดโลหะผสม พวกมันสามารถจำแนกเพิ่มเติมได้เป็นโลหะผสมเนื้อเดียวกัน (ประกอบด้วยเฟสเดียว) หรือโลหะผสมเนื้อต่างกัน (ประกอบด้วยสองเฟสขึ้นไป) หรือโลหะผสมระหว่าง โลหะ โลหะผสมอาจเป็น สารละลายของธาตุโลหะ (เฟสเดียว ซึ่งเม็ดโลหะทั้งหมด (ผลึก) มีองค์ประกอบเดียวกัน) หรือส่วนผสมของเฟสโลหะ (สารละลายสองชนิดขึ้นไป ก่อให้เกิดโครงสร้างจุลภาคของผลึกที่แตกต่างกันภายในโลหะ)

ตัวอย่างของโลหะผสม ได้แก่ทองคำแดง ( ทองคำและทองแดง ), ทองคำขาว (ทองคำและเงิน ), เงินสเตอร์ลิง (เงินและทองแดง), เหล็กกล้าหรือเหล็กกล้าซิลิคอน ( เหล็ก กับ คาร์บอนหรือซิลิคอนที่ไม่ใช่โลหะตามลำดับ), ตะกั่วบัดกรี , ทองเหลือง , ดีบุก ผสมดีบุก, ดู ราลูมิน , บรอนซ์และอะมัลกัมโลหะผสมถูกนำไปใช้ในงานหลากหลายประเภท ตั้งแต่โลหะผสมเหล็กกล้าที่ใช้ในทุกสิ่งทุกอย่างตั้งแต่สิ่งก่อสร้างไปจนถึงรถยนต์และเครื่องมือผ่าตัด ไปจนถึงโลหะผสมไทเทเนียมที่แปลกใหม่ซึ่งใช้ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ไปจนถึงโลหะผสมเบริลเลียม-ทองแดงสำหรับเครื่องมือที่ไม่ก่อให้เกิดประกายไฟ

โลหะผสมคือส่วนผสมของธาตุเคมีที่ก่อให้เกิดสารที่ไม่บริสุทธิ์ (สารผสม) ที่ยังคงคุณสมบัติของโลหะไว้ โลหะผสมทำขึ้นโดยการผสมธาตุสองชนิดขึ้นไป โดยอย่างน้อยหนึ่งชนิดต้องเป็นโลหะ ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าโลหะหลักหรือโลหะพื้นฐาน และชื่อของโลหะนี้อาจเป็นชื่อของโลหะผสมด้วย ส่วนประกอบอื่นๆ อาจเป็นโลหะหรือไม่ก็ได้ แต่เมื่อผสมกับฐานที่หลอมเหลวแล้ว ส่วนประกอบเหล่านั้นจะละลายได้และละลายลงในส่วนผสม^{[ 2 ]}

คุณสมบัติทางกลของโลหะผสมมักจะแตกต่างจากคุณสมบัติของส่วนประกอบแต่ละชนิด โลหะที่ปกติอ่อนมาก ( อ่อนตัวได้ ) เช่นอะลูมิเนียมสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการผสมกับโลหะอ่อนอื่น เช่นทองแดง แม้ว่าโลหะทั้งสองชนิดจะอ่อนและ เหนียวมาก แต่โลหะผสมอะลูมิเนียม-ทองแดงที่ได้ จะมี กำลังรับแรงมากกว่ามาก^{[ 3 ]} การเติม คาร์บอนที่ไม่ใช่โลหะในปริมาณเล็กน้อยลงในเหล็กจะทำให้เหล็กเสียความเหนียวไป แต่จะได้โลหะผสมที่มีกำลังรับแรงมากกว่าที่เรียกว่าเหล็กกล้า เนื่องจากมีความแข็งแรงสูงมาก แต่ยังคงมีความเหนียว พอสมควร และสามารถเปลี่ยนแปลงได้มากด้วยการอบชุบความร้อนเหล็กกล้าจึงเป็นหนึ่งในโลหะผสมที่มีประโยชน์และใช้กันทั่วไปมากที่สุดในปัจจุบัน การเติมโครเมียมลงในเหล็กกล้าจะช่วยเพิ่ม ความต้านทานต่อ การกัดกร่อน ทำให้เกิด เหล็กกล้าไร้สนิม [ ^{4 ]}ในขณะที่การเติมซิลิคอนจะเปลี่ยนคุณสมบัติทางไฟฟ้า ทำให้^เกิดเหล็กกล้าซิลิคอน^{[ 5 ]}

เช่นเดียวกับน้ำมันและน้ำ โลหะหลอมเหลวอาจไม่สามารถผสมกับธาตุอื่นได้เสมอไป ตัวอย่างเช่น ลิเธียม แมกนีเซียม หรือเงินแทบจะไม่ละลายในเหล็กบริสุทธิ์ เลย ^{[ 6 ]}แม้ว่าส่วนประกอบจะละลายได้ แต่โดยทั่วไปแล้วแต่ละส่วนประกอบจะมีจุดอิ่มตัวซึ่งหลังจากนั้นจะไม่สามารถเติมส่วนประกอบนั้นได้อีก เหล็กสามารถกักเก็บคาร์บอนได้สูงสุด 6.67% อย่างเสถียร ทำให้เกิดสารประกอบที่เรียกว่าซีเมนต์ไทต์^{[ 7 ]}

แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วองค์ประกอบของโลหะผสมจะต้องละลายได้ใน สถานะ ของเหลวแต่ก็อาจไม่สามารถละลายได้ใน สถานะ ของแข็ง เสมอไป หากโลหะยังคงละลายได้เมื่ออยู่ในสถานะของแข็ง โลหะผสมจะก่อตัวเป็น^{สารละลาย}ของแข็งกลายเป็นโครงสร้างที่เป็นเนื้อเดียวกันซึ่งประกอบด้วยผลึกที่เหมือนกัน เรียกว่าเฟส^[ 8 ^]หากเมื่อส่วนผสมเย็นตัวลง ส่วนประกอบต่างๆ กลายเป็นสารที่ไม่ละลาย พวกมันอาจแยกตัวออกเพื่อสร้างผลึกสองชนิดหรือมากกว่านั้น ทำให้เกิดโครงสร้างจุลภาค ที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน ของเฟสต่างๆ โดยบางเฟสจะมีส่วนประกอบหนึ่งมากกว่าอีกส่วนประกอบหนึ่ง อย่างไรก็ตาม ในโลหะผสมอื่นๆ องค์ประกอบที่ไม่ละลายอาจไม่แยกตัวออกจนกว่าจะเกิดการตกผลึก หากเย็นตัวลงอย่างรวดเร็วมาก พวกมันจะตกผลึกเป็นเฟสที่เป็นเนื้อเดียวกันก่อน แต่พวกมันจะอิ่มตัวเกินด้วยส่วนประกอบรอง เมื่อเวลาผ่านไป อะตอมของโลหะผสมที่อิ่มตัวเกินเหล่านี้สามารถแยกตัวออกจากโครงผลึก ทำให้มีความเสถียรมากขึ้น และก่อตัวเป็นเฟสที่สองซึ่งทำหน้าที่เสริมความแข็งแรงให้กับผลึกภายใน^{[ 9 ]}

โลหะผสมบางชนิด เช่นอิเล็กตรัมซึ่งเป็นโลหะผสมของเงินและทองเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ^{[ 10 ]}บางครั้งอุกกาบาตก็ประกอบด้วยโลหะผสมของเหล็กและนิกเกล ที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ แต่ไม่ได้มีถิ่นกำเนิดบนโลก^{[ 11 ]}หนึ่งในโลหะผสมแรกๆ ที่มนุษย์สร้างขึ้นคือ สัมฤทธิ์ ซึ่งเป็นส่วนผสมของโลหะดีบุกและทองแดง สัมฤทธิ์เป็นโลหะผสมที่มีประโยชน์อย่างมากสำหรับคนโบราณ เพราะมันแข็งแรงและทนทานกว่าส่วนประกอบใดส่วนประกอบหนึ่งมาก^{[ 12 ]}เหล็กกล้าเป็นโลหะผสมทั่วไปอีกชนิดหนึ่ง อย่างไรก็ตาม ในสมัยโบราณ เหล็กกล้าสามารถสร้างขึ้นได้โดยบังเอิญจากการให้ความร้อนแก่แร่เหล็กในกองไฟ ( การถลุง ) ในระหว่างการผลิตเหล็ก^{[ 13 ]}โลหะผสมโบราณอื่นๆ ได้แก่ดีบุกผสมดีบุก^{[ 14 ]}ทองเหลือง^{[ 15 ]}และเหล็กหล่อ^{[ 16 ]}

ในยุคปัจจุบัน เหล็กสามารถผลิตได้หลายรูปแบบเหล็กกล้าคาร์บอนสามารถผลิตได้โดยการเปลี่ยนแปลงปริมาณคาร์บอนเท่านั้น ทำให้เกิดโลหะผสมที่อ่อนนุ่ม เช่นเหล็กอ่อนหรือโลหะผสมที่แข็ง เช่นเหล็กสปริงเหล็กกล้าผสมสามารถผลิตได้โดยการเพิ่มธาตุอื่นๆ เช่นโครเมียม โมลิบเดนัม วานาเดียมหรือนิกเกลทำให้เกิดโลหะผสม เช่นเหล็กกล้าความเร็วสูงหรือเหล็กกล้าเครื่องมือ โดยทั่วไปแล้ว เหล็กกล้าสมัยใหม่ส่วนใหญ่จะผสม แมงกานีสในปริมาณเล็กน้อยเนื่องจากความสามารถในการกำจัดสิ่งเจือปนที่ไม่พึงประสงค์ เช่นฟอสฟอรัสกำมะถันและออกซิเจนซึ่งอาจส่งผลเสียต่อโลหะผสมได้^{[ 17 ]}อย่างไรก็ตาม โลหะผสมส่วนใหญ่ไม่ได้ถูกสร้างขึ้นจนกระทั่งช่วงปี 1900 เช่น โลหะผสมอะลูมิเนียม ไทเทเนียม นิกเกล และแมกนีเซียมต่างๆ[ 18 ] โลหะผสมพิเศษ^{สมัยใหม่บางชนิด}เช่นอินโคโลยอินโคเนล และฮาสเทลลอยอาจประกอบด้วยธาตุต่างๆ มากมาย^{[ 19 ]}

ในทางเทคนิคแล้ว โลหะผสมคือโลหะที่ไม่บริสุทธิ์ แต่เมื่อกล่าวถึงโลหะผสม คำว่า สิ่ง เจือปนโดยทั่วไปมักหมายถึงธาตุที่ไม่พึงประสงค์ สิ่งเจือปนเหล่านี้มาจากโลหะพื้นฐานและธาตุผสม แต่จะถูกกำจัดออกไปในระหว่างกระบวนการผลิต ตัวอย่างเช่น กำมะถันเป็นสิ่งเจือปนทั่วไปในเหล็ก กำมะถันรวมตัวกับเหล็กได้ง่ายเพื่อสร้างเหล็กซัลไฟด์ซึ่งเปราะมาก ทำให้เกิดจุดอ่อนในเหล็ก^{[ 20 ]}ลิเธียมโซเดียมและแคลเซียมเป็นสิ่งเจือปนทั่วไปในโลหะผสมอะลูมิเนียม ซึ่งอาจส่งผลเสียต่อความสมบูรณ์ของโครงสร้างของการหล่อ ในทางกลับกัน โลหะบริสุทธิ์ที่ประกอบด้วยสิ่งเจือปนที่ไม่ต้องการมักเรียกว่า "โลหะที่ไม่บริสุทธิ์" และโดยทั่วไปจะไม่เรียกว่าโลหะผสม โลหะที่ไม่บริสุทธิ์ เช่นเหล็กหล่อหรือเหล็กดัดมีการควบคุมน้อยกว่า แต่ก็มักถูกพิจารณาว่ามีประโยชน์^{[ 21 ]}

ออกซิเจนที่มีอยู่ในอากาศจะรวมตัวกับโลหะส่วนใหญ่ได้อย่างง่ายดายเพื่อสร้างออกไซด์ของโลหะโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่อุณหภูมิสูงขึ้นซึ่งพบได้ในระหว่างการผสมโลหะ ขึ้นอยู่กับชนิดของโลหะผสม สิ่งนี้อาจส่งผลให้ชิ้นส่วนที่ผลิตเกิดความเสียหายได้ในที่สุด^{[ 22 ]}มักจะมีการดูแลอย่างดีในระหว่างกระบวนการผสมโลหะเพื่อกำจัดสิ่งเจือปนส่วนเกินโดยใช้ฟลักซ์สารเติมแต่งทางเคมี หรือวิธีการอื่นๆ ของโลหะวิทยาเชิงสกัด^{[ 23 ]}

การผสมโลหะทำได้โดยการรวมโลหะเข้ากับธาตุอื่นตั้งแต่หนึ่งธาตุขึ้นไป กระบวนการผสมโลหะที่พบได้บ่อยที่สุดและเก่าแก่ที่สุดคือการให้ความร้อนแก่โลหะพื้นฐานเกินจุดหลอมเหลวแล้วละลายตัวละลายลงในของเหลวหลอมเหลว ซึ่งอาจเป็นไปได้แม้ว่าจุดหลอมเหลวของตัวละลายจะสูงกว่าจุดหลอมเหลวของโลหะพื้นฐานมากก็ตาม ตัวอย่างเช่น ในสถานะของเหลว ไทเทเนียมเป็นตัวทำละลายที่แรงมาก สามารถละลายโลหะและธาตุส่วนใหญ่ได้ นอกจากนี้ยังดูดซับก๊าซเช่นออกซิเจนได้ง่ายและเผาไหม้ได้ในที่ที่มีไนโตรเจน สิ่งนี้เพิ่มโอกาสในการปนเปื้อนจากพื้นผิวที่สัมผัส ดังนั้นจึงต้องหลอมในสุญญากาศด้วยการเหนี่ยวนำความร้อนและเบ้าหลอม ทองแดงพิเศษ ที่ ระบายความร้อนด้วยน้ำ ^{[ 24 ]}

คาร์บอนมีจุดหลอมเหลวสูงมากและจะหลอมเหลวได้ก็ต่อเมื่ออยู่ภายใต้ความดันบรรยากาศสูงเท่านั้น^{[ 25 ]}ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่อารยธรรมโบราณจะรวมตัวกับเหล็กในรูปของสารละลายเหลว อย่างไรก็ตาม การผสมโลหะ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งการผสมโลหะแบบแทรก) อาจทำได้โดยใช้ส่วนประกอบหนึ่งหรือมากกว่าในสถานะก๊าซ เช่นที่พบในเตาหลอมเหล็กเพื่อทำเหล็กดิบ (ของเหลว-ก๊าซ) การไนไตรดิ้ง การคาร์บอนไนไตรดิ้ ง หรือการชุบแข็งผิวแบบอื่นๆ(ของแข็ง-ก๊าซ) ^{[ 26 ]}หรือกระบวนการซีเมนต์เทชั่นที่ใช้ทำเหล็กแผ่นพอง (ของแข็ง-ก๊าซ) ^{[ 27 ]}นอกจากนี้ยังอาจทำได้โดยใช้ส่วนประกอบหนึ่งหรือมากกว่า หรือทั้งหมดในสถานะของแข็ง เช่นที่พบในวิธีการเชื่อมแบบ โบราณ (ของแข็ง-ของแข็ง) เหล็กเฉือน (ของแข็ง-ของแข็ง) หรือ การผลิต เหล็กเบ้าหลอม (ของแข็ง-ของเหลว) โดยการผสมธาตุต่างๆ ผ่านการแพร่กระจาย ในสถานะ ของแข็ง^{[ 28 ]}

การเพิ่มธาตุอื่นลงในโลหะ ความแตกต่างของขนาดอะตอมจะสร้างความเครียดภายในในโครงสร้างผลึกโลหะ ความเครียดเหล่านี้มักจะช่วยเพิ่มคุณสมบัติของโลหะ ตัวอย่างเช่น การรวมคาร์บอนกับเหล็กดัดทำให้เกิดเหล็กกล้า ซึ่งแข็งแรงกว่าเหล็กซึ่งเป็นธาตุหลัก^{[ 29 ]} โดยทั่วไปแล้ว การนำไฟฟ้าและความร้อนของโลหะผสมจะต่ำกว่าโลหะบริสุทธิ์ คุณสมบัติทางกายภาพ เช่นความหนาแน่นปฏิกิริยาโมดูลัสของยังของโลหะผสมอาจไม่แตกต่างจากธาตุพื้นฐานมากนัก แต่คุณสมบัติทางวิศวกรรม เช่นความแข็งแรงดึง [ ^{30 ]}ความยืดหยุ่น และความแข็งแรงเฉือน อาจแตกต่างจากวัสดุที่เป็นส่วนประกอบ ^{อย่าง}มาก บางครั้งสิ่งนี้เป็นผลมาจากขนาดของอะตอมในโลหะผสม เนื่องจากอะตอมขนาดใหญ่จะออกแรงกดต่ออะตอมข้างเคียง และอะตอมขนาดเล็กจะออกแรงดึงต่ออะตอมข้างเคียง^{[ 31 ]}ช่วยให้โลหะผสมต้านทานการเสียรูป บางครั้งโลหะผสมอาจแสดงพฤติกรรมที่แตกต่างกันอย่างเห็นได้ชัดแม้จะมีธาตุหนึ่งอยู่เพียงเล็กน้อย ตัวอย่างเช่น สิ่งเจือปนในโลหะผสมเฟอร์โรแมกเนติก กึ่ง ตัวนำทำให้เกิดคุณสมบัติที่แตกต่างกัน ดังที่ White, Hogan, Suhl, Tian Abrie และ Nakamura ได้ทำนายไว้เป็นครั้งแรก^{[ 32 ] [ 33 ]}

ต่างจากโลหะบริสุทธิ์ โลหะผสมส่วนใหญ่ไม่มีจุดหลอมเหลว เพียงจุดเดียว แต่มีช่วงการหลอมเหลวซึ่งวัสดุเป็นส่วนผสมของ เฟส ของแข็งและของเหลว (สลัช) อุณหภูมิที่เริ่มหลอมเหลวเรียกว่าโซลิดัสและอุณหภูมิเมื่อหลอมเหลวเสร็จสมบูรณ์เรียกว่าลิควิดัส [ ^{34 ] สำหรับ}โลหะผสมหลายชนิดจะมีสัดส่วนโลหะผสมเฉพาะ (ในบางกรณีมากกว่าหนึ่ง) เรียกว่า ส่วนผสม ยูเทคติกหรือองค์ประกอบเพอริเทคติก ซึ่งทำให้โลหะผสมมีจุดหลอมเหลวต่ำและเป็นเอกลักษณ์ และไม่มีการเปลี่ยนผ่านระหว่างของเหลว/ของแข็งสลัช^{[ 35 ] [ 36 ]}

ธาตุผสมจะถูกเติมลงในโลหะพื้นฐาน เพื่อเพิ่มความแข็งความเหนียวความยืดหยุ่น หรือคุณสมบัติอื่นๆ ที่ต้องการ โลหะและโลหะผสมหลายชนิดสามารถเพิ่มความแข็งได้ด้วยการสร้างข้อบกพร่องในโครงสร้างผลึก ข้อบกพร่องเหล่านี้เกิดขึ้นระหว่างการเปลี่ยนรูปพลาสติกโดยการตี การดัด การอัดขึ้นรูป ฯลฯ และจะคงอยู่ถาวรเว้นแต่โลหะจะตกผลึกใหม่^{[ 37 ]}มิฉะนั้น โลหะผสมบางชนิดยังสามารถเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติได้ด้วยการอบชุบด้วยความร้อนโลหะเกือบทั้งหมดสามารถทำให้อ่อนตัวลงได้ด้วยการอบอ่อนซึ่งจะทำให้โลหะผสมตกผลึกใหม่และซ่อมแซมข้อบกพร่อง แต่มีไม่มากนักที่สามารถทำให้แข็งขึ้นได้ด้วยการให้ความร้อนและการทำให้เย็นอย่างควบคุมได้^{[ 38 ]}โลหะผสมของอะลูมิเนียม ทองแดงแมกนีเซียมไทเทเนียม และนิกเกลหลายชนิดสามารถเสริมความแข็งแรงได้ในระดับหนึ่งด้วยวิธีการอบชุบด้วยความร้อน แต่มีเพียงไม่กี่ชนิดที่ตอบสนองต่อสิ่งนี้ได้ในระดับเดียวกับเหล็ก^{[ 39 ]}

เหล็กซึ่งเป็นโลหะพื้นฐานของโลหะผสมเหล็ก-คาร์บอนที่เรียกว่าเหล็กกล้า จะเกิดการเปลี่ยนแปลงในการจัดเรียง ( อัลโลโทรปี ) ของอะตอมในเมทริกซ์ผลึกที่อุณหภูมิหนึ่ง (โดยปกติ 820 °C (1,500 °F) หรือมากกว่านั้น ขึ้นอยู่กับปริมาณคาร์บอน) ^{[ 40 ]}ซึ่งทำให้อะตอมคาร์บอนขนาดเล็กสามารถเข้าไปในช่องว่างระหว่างผลึกเหล็กได้ เมื่อการแพร่กระจาย นี้ เกิดขึ้น อะตอมคาร์บอนจะอยู่ในสารละลายของเหล็ก ก่อตัวเป็นเฟสผลึกที่เป็นเนื้อเดียวกันเพียงเฟสเดียวที่เรียกว่าออสเทนไนต์หากเหล็กกล้าเย็นตัวลงอย่างช้าๆ คาร์บอนสามารถแพร่กระจายออกจากเหล็กและจะค่อยๆ กลับคืนสู่อัลโลโทรปีที่อุณหภูมิต่ำ ในระหว่างการเย็นตัวอย่างช้าๆ อะตอมคาร์บอนจะไม่ละลายในเหล็กได้อีกต่อไป และจะถูกบังคับให้ตกตะกอนออกจากสารละลาย เกิดเป็นนิวเคลียส ของเหล็กคาร์ไบด์ (Fe _{3 C)} ที่ มีความเข้มข้นมากขึ้นใน ช่องว่างระหว่างผลึกเหล็กบริสุทธิ์ จากนั้นเหล็กจะกลายเป็นเนื้อเดียวกัน เนื่องจากประกอบด้วยสองเฟส คือ เฟสเหล็ก-คาร์บอนที่เรียกว่าซีเมนต์ไทต์ (หรือคาร์ไบด์ ) และเฟอร์ไรต์เหล็ก บริสุทธิ์ ^{[ 41 ]}การอบชุบความร้อนดังกล่าวทำให้เหล็กมีความอ่อนนุ่มค่อนข้างมาก อย่างไรก็ตาม หากเหล็กเย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว อะตอมของคาร์บอนจะไม่มีเวลาแพร่กระจายและตกตะกอนออกมาเป็นคาร์ไบด์ แต่จะถูกกักไว้ภายในผลึกเหล็ก เมื่อเย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว จะเกิด การเปลี่ยนแปลงแบบไม่มีการแพร่กระจาย (มาร์เทนไซต์)ซึ่งอะตอมของคาร์บอนจะถูกกักอยู่ในสารละลาย สิ่งนี้ทำให้ผลึกเหล็กเสียรูป เนื่องจากโครงสร้างผลึกพยายามเปลี่ยนไปสู่สถานะอุณหภูมิต่ำ ทำให้ผลึกเหล่านั้นแข็งมากแต่มีความยืดหยุ่นน้อยลง (เปราะมากขึ้น) ^{[ 42 ]}

ในขณะที่ความแข็งแรงสูงของเหล็กเกิดขึ้นเมื่อการแพร่กระจายและการตกตะกอนถูกป้องกัน (การก่อตัวของมาร์เทนไซต์) โลหะผสมที่สามารถอบชุบความร้อนได้ส่วนใหญ่เป็น โลหะ ผสมที่แข็งตัวด้วยการตกตะกอน ซึ่งขึ้นอยู่กับการแพร่กระจายของธาตุผสมเพื่อให้ได้ความแข็งแรง เมื่อถูกให้ความร้อนเพื่อสร้างสารละลายแล้วทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว โลหะผสมเหล่านี้จะอ่อนตัวลงมากกว่าปกติมากในระหว่างการเปลี่ยนแปลงที่ปราศจากการแพร่กระจาย แต่จะแข็งตัวขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป^{[ 43 ]}สารละลายในโลหะผสมเหล่านี้จะตกตะกอนเมื่อเวลาผ่านไป ก่อตัวเป็นเฟสระหว่างโลหะ^{[ 44 ]}ซึ่งยากที่จะแยกแยะออกจากโลหะพื้นฐาน ต่างจากเหล็กซึ่งสารละลายของแข็งแยกออกเป็นเฟสผลึกที่แตกต่างกัน (คาร์ไบด์และเฟอร์ไรต์) โลหะผสมที่แข็งตัวด้วยการตกตะกอนจะก่อตัวเป็นเฟสที่แตกต่างกันภายในผลึกเดียวกัน โลหะผสมระหว่างโลหะเหล่านี้ดูเหมือนจะเป็นเนื้อเดียวกันในโครงสร้างผลึก แต่มีแนวโน้มที่จะมีพฤติกรรมไม่เป็นเนื้อเดียวกัน กลายเป็นแข็งและค่อนข้างเปราะ^{[ 39 ]}

ในปี ค.ศ. 1906 อัลเฟรด วิล์มได้ค้นพบโลหะผสมที่แข็งตัวด้วยการตกตะกอน โลหะผสมที่แข็งตัวด้วยการตกตะกอน เช่น โลหะผสมบางชนิดของอะลูมิเนียม ไทเทเนียม และทองแดง เป็นโลหะผสมที่สามารถอบชุบความร้อนได้ ซึ่งจะอ่อนตัวลงเมื่อถูกทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว (quenching) แล้วจะแข็งตัวขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป^{[ 45 ]}วิล์มกำลังค้นหาวิธีการทำให้โลหะผสมอะลูมิเนียมแข็งตัวขึ้นเพื่อใช้ในปลอกกระสุนปืนกล เมื่อทราบว่าโลหะผสมอะลูมิเนียม-ทองแดงสามารถอบชุบความร้อนได้ในระดับหนึ่ง วิล์มจึงลองทำให้โลหะผสมสามองค์ประกอบของอะลูมิเนียม ทองแดง และแมกนีเซียมเย็นลงอย่างรวดเร็ว แต่ในตอนแรกเขารู้สึกผิดหวังกับผลลัพธ์ อย่างไรก็ตาม เมื่อวิล์มทดสอบซ้ำในวันถัดไป เขาพบว่าโลหะผสมมีความแข็งเพิ่มขึ้นเมื่อปล่อยทิ้งไว้ที่อุณหภูมิห้อง และเกินความคาดหมายของเขาไปมาก แม้ว่าจะไม่มีคำอธิบายสำหรับปรากฏการณ์นี้จนกระทั่งปี ค.ศ. 1919 แต่ดูราลูมิน ก็เป็นหนึ่งในโลหะผสม "แข็งตัวตามอายุ" แรกๆ ที่ถูกนำมาใช้ กลายเป็นวัสดุหลักในการสร้าง เรือเหาะเซปเปลินลำแรกๆและในไม่ช้าก็มีโลหะผสมอื่นๆ ตามมาอีกมากมาย^{[ 46 ] เนื่องจากโลหะผสมเหล่านี้มักมี คุณสมบัติ}ทั้งความแข็งแรงสูงและน้ำหนักเบา จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมหลายรูปแบบ รวมถึงการสร้างเครื่องบิน สมัยใหม่ [ ^{47 ]}

เมื่อโลหะหลอมเหลวผสมกับสารอื่น จะมีกลไกสองอย่างที่ทำให้เกิดโลหะผสมได้ เรียกว่าการแลกเปลี่ยนอะตอมและกลไกการแทรกตัวขนาดสัมพัทธ์ของแต่ละธาตุในส่วนผสมมีบทบาทสำคัญในการกำหนดว่ากลไกใดจะเกิดขึ้น เมื่ออะตอมมีขนาดใกล้เคียงกัน วิธีการแลกเปลี่ยนอะตอมมักจะเกิดขึ้น โดยที่อะตอมบางส่วนที่ประกอบเป็นผลึกโลหะจะถูกแทนที่ด้วยอะตอมของส่วนประกอบอื่น นี่เรียกว่าโลหะผสมแบบแทนที่ ตัวอย่างของโลหะผสมแบบแทนที่ ได้แก่ บรอนซ์และทองเหลือง ซึ่งอะตอมของทองแดงบางส่วนถูกแทนที่ด้วยอะตอมของดีบุกหรือสังกะสีตามลำดับ^{[ 48 ]}

ในกรณีของกลไกแทรกตัว อะตอมหนึ่งมักจะมีขนาดเล็กกว่าอะตอมอื่นมาก และไม่สามารถแทนที่อะตอมชนิดอื่นในผลึกของโลหะพื้นฐานได้สำเร็จ อะตอมที่มีขนาดเล็กกว่าจะถูกดักจับในตำแหน่งแทรกระหว่างอะตอมของเมทริกซ์ผลึก ซึ่งเรียกว่าโลหะผสมแทรกตัว เหล็กกล้าเป็นตัวอย่างของโลหะผสมแทรกตัว เนื่องจากอะตอมคาร์บอนที่มีขนาดเล็กมากสามารถเข้าไปอยู่ในช่องว่างของเมทริกซ์เหล็กได้^{[ 48 ]}

เหล็กกล้าไร้สนิมเป็นตัวอย่างของการผสมผสานระหว่างโลหะผสมแบบแทรกและแบบแทนที่ เนื่องจากอะตอมของคาร์บอนจะเข้าไปอยู่ในช่องว่าง แต่อะตอมของเหล็กบางส่วนจะถูกแทนที่ด้วยอะตอมของนิกเกลและโครเมียม^{[ 39 ]}

การใช้โลหะผสมของมนุษย์เริ่มต้นด้วยการใช้เหล็กอุกกาบาตซึ่งเป็นโลหะผสมที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติของนิกเกลและเหล็ก เป็นส่วนประกอบหลักของอุกกาบาตเหล็กเนื่องจากไม่มีกระบวนการทางโลหะวิทยาใด ๆ ที่ใช้ในการแยกเหล็กออกจากนิกเกล โลหะผสมจึงถูกนำมาใช้ตามนั้น^{[ 49 ]}เหล็กอุกกาบาตสามารถตีขึ้นรูปได้จากความร้อนสูงเพื่อทำวัตถุต่าง ๆ เช่น เครื่องมือ อาวุธ และตะปู ในหลายวัฒนธรรมมีการขึ้นรูปโดยการตีเย็นเป็นมีดและหัวลูกศร พวกมันมักถูกใช้เป็นทั่ง เหล็กอุกกาบาตนั้นหายากและมีค่ามาก และยากที่คนโบราณจะนำมาใช้งาน^{[ 50 ]}

โดยทั่วไปแล้วเหล็กจะพบในรูปของแร่เหล็กบนโลก ยกเว้นแหล่งแร่เหล็กธรรมชาติ แห่งหนึ่ง ในกรีนแลนด์ซึ่งชาวอินูอิต นำ มา ใช้ ^{[ 51 ]}อย่างไรก็ตาม ทองแดงธรรมชาติพบได้ทั่วโลก พร้อมกับเงิน ทอง และแพลทินัมซึ่งใช้ในการทำเครื่องมือ เครื่องประดับ และวัตถุอื่นๆ มาตั้งแต่สมัยยุคหินใหม่ ทองแดงเป็นโลหะที่แข็งที่สุดในบรรดาโลหะเหล่านี้ และมีการกระจายตัวอย่างกว้างขวางที่สุด มันกลายเป็นโลหะที่สำคัญที่สุดชนิดหนึ่งสำหรับชาวโบราณ เริ่มต้นเมื่อประมาณ 10,000 ปีก่อนในที่ราบสูงของอนาโตเลีย (ตุรกี) มนุษย์ได้เรียนรู้ที่จะถลุงโลหะ เช่น ทองแดง^{[ 52 ]}และดีบุกจากแร่ โลหะผสมบรอนซ์ในยุคแรกใช้ทองแดงและสารหนู แต่สารหนูอาจเป็นพิษต่อคนงานโลหะ เมื่อประมาณ 2500 ปีก่อนคริสตกาล ผู้คนเริ่มผสมดีบุกและทองแดงเพื่อสร้างบรอนซ์ ซึ่งแข็งกว่าส่วนผสมมาก^{[ 53 ]}อย่างไรก็ตาม ดีบุกนั้นหายาก พบมากในสหราชอาณาจักร

ในตะวันออกกลาง ผู้คนเริ่มผสมทองแดงกับสังกะสีเพื่อสร้างทองเหลือง^{[ 54 ]}อารยธรรมโบราณคำนึงถึงส่วนผสมและคุณสมบัติต่างๆ ที่เกิดขึ้น เช่นความแข็งความเหนียว และจุดหลอมเหลว ภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความแข็งจากการทำงาน ที่แตกต่างกัน ซึ่งพัฒนาข้อมูลส่วนใหญ่ที่อยู่ในแผนภาพเฟสโลหะผสมสมัยใหม่^{[ 55 ]}ตัวอย่างเช่น หัวลูกศรจากราชวงศ์ฉิน ของจีน (ประมาณ 200 ปีก่อนคริสตกาล) มักสร้างขึ้นด้วยหัวบรอนซ์ที่แข็ง แต่ด้ามบรอนซ์ที่อ่อนกว่า โดยผสมโลหะผสมเพื่อป้องกันทั้งการทื่อและการแตกหักระหว่างการใช้งาน^{[ 56 ]}

ปรอทถูกถลุงจากแร่ซินนาบาร์มานานหลายพันปีแล้ว ปรอทสามารถละลายโลหะหลายชนิด เช่น ทองคำ เงิน และดีบุก เพื่อสร้างอะมัลกัม (โลหะผสมในรูปของเหลวหรือเนื้อครีมอ่อนๆ ที่อุณหภูมิห้อง) อะมัลกัมถูกนำมาใช้ในประเทศจีนตั้งแต่ 200 ปีก่อนคริสตกาล เพื่อปิดทองวัตถุต่างๆ เช่นเกราะและกระจกด้วยโลหะมีค่า ชาวโรมันโบราณมักใช้อะมัลกัมปรอท-ดีบุกในการปิดทองเกราะของพวกเขา อะมัลกัมจะถูกทาเป็นเนื้อครีมแล้วให้ความร้อนจนกระทั่งปรอทระเหยไป เหลือไว้เพียงทองคำ เงิน หรือดีบุก^{[ 57 ]}ปรอทมักถูกใช้ในการทำเหมือง เพื่อสกัดโลหะมีค่า เช่น ทองคำและเงินจากแร่^{[ 58 ]}

อารยธรรมโบราณหลายแห่งผสมโลหะเพื่อจุดประสงค์ด้านความสวยงามโดยเฉพาะ ในอียิปต์ โบราณ และไมซีเนทองคำมักถูกผสมกับทองแดงเพื่อผลิตทองคำสีแดง หรือเหล็กเพื่อผลิตทองคำสีเบอร์กันดีที่สดใส ทองคำมักถูกผสมกับเงินหรือโลหะอื่นๆ เพื่อผลิตทองคำสี ต่างๆ โลหะเหล่านี้ยังถูกนำมาใช้เพื่อเสริมความแข็งแรงซึ่งกันและกันเพื่อจุดประสงค์ที่ใช้งานได้จริงมากขึ้น ทองแดงมักถูกเติมลงในเงินเพื่อทำเงินสเตอร์ลิงเพิ่มความแข็งแรงสำหรับการใช้งานในจาน ช้อนส้อม และสิ่งของใช้งานอื่นๆ^{[ 59 ]}

บ่อยครั้งที่โลหะมีค่าถูกผสมกับสารที่มีค่าน้อยกว่าเพื่อหลอกลวงผู้ซื้อ^{[ 59 ]}ประมาณ 250 ปีก่อนคริสตกาลอาร์คิมิดีสได้รับมอบหมายจากกษัตริย์แห่งซีราคิวส์ให้หาวิธีตรวจสอบความบริสุทธิ์ของทองคำในมงกุฎ ซึ่งนำไปสู่การตะโกน "ยูเรก้า!" อันโด่งดังในโรงอาบน้ำเมื่อค้นพบหลักการของอาร์คิมิดีส^{[ 60 ]}

คำว่าpewterครอบคลุมโลหะผสมหลายชนิดที่ประกอบด้วยดีบุกเป็นหลัก ในฐานะโลหะบริสุทธิ์ ดีบุกนั้นอ่อนเกินไปที่จะใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตาม ในยุคสำริดดีบุกเป็นโลหะหายากในหลายส่วนของยุโรปและทะเลเมดิเตอร์เรเนียนดังนั้นจึงมักมีมูลค่าสูงกว่าทองคำในการทำเครื่องประดับ มีด หรือวัตถุอื่น ๆ จากดีบุก คนงานมักจะผสมดีบุกกับโลหะอื่น ๆ เพื่อเพิ่มความแข็งแรงและความแข็ง โลหะเหล่านี้โดยทั่วไปคือตะกั่วพลวงบิสมัทหรือทองแดง^{[ 61 ]} บางครั้งสารละลายเหล่านี้จะถูกเติมทีละอย่างในปริมาณที่แตกต่างกัน หรือเติมรวมกัน ทำให้ เกิดวัตถุหลากหลายชนิด ตั้งแต่ของใช้ในชีวิตประจำวัน เช่น จาน เครื่องมือผ่าตัด เชิงเทียน หรือกรวย ไปจนถึงของตกแต่ง เช่น ต่างหูและกิ๊บติดผม

ตัวอย่างแรกสุดของโลหะผสมดีบุกมาจากอียิปต์โบราณราว 1450 ปีก่อนคริสตกาล การใช้โลหะผสมดีบุกแพร่หลายไปทั่วยุโรป ตั้งแต่ฝรั่งเศสไปจนถึงนอร์เวย์และบริเตน (ซึ่งเป็นแหล่งขุดดีบุกโบราณส่วนใหญ่) ไปจนถึงตะวันออกใกล้^{[ 62 ]}โลหะผสมนี้ยังถูกใช้ในประเทศจีนและตะวันออกไกล โดยเข้ามาในญี่ปุ่นราว 800 ปีคริสตกาล ซึ่งใช้ในการทำวัตถุต่างๆ เช่น ภาชนะสำหรับพิธีกรรม กระป๋องชา หรือถ้วยศักดิ์สิทธิ์ที่ใช้ในศาลเจ้าชินโต^{[ 63 ]}

การถลุงเหล็กครั้งแรกที่รู้จักกันเริ่มขึ้นในอนาโตเลียราว 1800 ปีก่อนคริสตกาล เรียกว่ากระบวนการบลูเมอรี ซึ่งผลิต เหล็กดัดที่อ่อนนุ่มแต่ยืดหยุ่นได้ ภายใน 800 ปีก่อนคริสตกาล เทคโนโลยีการผลิตเหล็กได้แพร่กระจายไปยังยุโรป และมาถึงญี่ปุ่นราว 700 ปีคริสตกาลเหล็กดิบซึ่งเป็นโลหะผสมของเหล็กและคาร์บอนที่แข็งมากแต่เปราะ ถูกผลิตในประเทศจีนตั้งแต่ 1200 ปีก่อนคริสตกาล แต่ไม่ได้มาถึงยุโรปจนกระทั่งยุคกลาง เหล็กดิบมีจุดหลอมเหลวต่ำกว่าเหล็ก และถูกนำมาใช้ทำเหล็กหล่ออย่างไรก็ตาม โลหะเหล่านี้ไม่ค่อยได้ถูกนำมาใช้ในทางปฏิบัติจนกระทั่งมีการนำเหล็กกล้าแบบเบ้าหลอม มาใช้ ราว 300 ปีก่อนคริสตกาล^{[ 55 ]}

เหล็กเหล่านี้มีคุณภาพต่ำ และการนำการเชื่อมแบบแพทเทิร์นมาใช้ในช่วงประมาณศตวรรษที่ 1 หลังคริสต์ศักราช มีจุดประสงค์เพื่อปรับสมดุลคุณสมบัติสุดขั้วของโลหะผสมโดยการลามิเนต เพื่อสร้างโลหะที่แข็งแรงขึ้น ในช่วงประมาณปี ค.ศ. 700 ชาวญี่ปุ่นเริ่มพับเหล็กบลูเมอรีและเหล็กหล่อสลับชั้นกันเพื่อเพิ่มความแข็งแรงของดาบ โดยใช้สารช่วยหลอมเหลวจากดินเหนียวเพื่อกำจัดตะกรันและสิ่งเจือปน วิธีการตีดาบของญี่ปุ่น นี้ ทำให้ได้โลหะผสมเหล็กที่บริสุทธิ์ที่สุดชนิดหนึ่งในโลกยุคโบราณ^{[ 55 ]}

แม้ว่าการใช้เหล็กจะเริ่มแพร่หลายมากขึ้นราว 1200 ปีก่อนคริสตกาล ส่วนใหญ่เป็นเพราะการหยุดชะงักของเส้นทางการค้าดีบุก แต่โลหะชนิดนี้ก็อ่อนกว่าทองสัมฤทธิ์มาก อย่างไรก็ตาม เหล็กกล้า (โลหะผสมของเหล็กและคาร์บอนประมาณ 1%) ในปริมาณเล็กน้อยมักเป็นผลพลอยได้จากกระบวนการถลุงเหล็ก ความสามารถในการปรับเปลี่ยนความแข็งของเหล็กกล้าด้วยการอบชุบความร้อนเป็นที่รู้จักกันมาตั้งแต่ 1100 ปีก่อนคริสตกาล และวัสดุที่หายากนี้มีค่าสำหรับการผลิตเครื่องมือและอาวุธ^{[ 64 ]}

เนื่องจากคนโบราณไม่สามารถสร้างอุณหภูมิที่สูงพอที่จะหลอมเหล็กได้อย่างสมบูรณ์ การผลิตเหล็กกล้าในปริมาณที่เหมาะสมจึงไม่เกิดขึ้นจนกระทั่งมีการนำเหล็กกล้าแบบบลิสเตอร์มาใช้ในช่วงยุคกลาง วิธีนี้จะนำคาร์บอนเข้ามาโดยการให้ความร้อนเหล็กดัดในถ่านเป็นเวลานาน แต่การดูดซับคาร์บอนในลักษณะนี้ช้ามาก ดังนั้นการแทรกซึมจึงไม่ลึกมาก ทำให้โลหะผสมไม่เป็นเนื้อเดียวกัน ในปี ค.ศ. 1740 เบนจามิน ฮันท์สแมน เริ่มหลอมเหล็กกล้าแบบบลิสเตอร์ในเบ้าหลอมเพื่อปรับปริมาณคาร์บอนให้สม่ำเสมอ ซึ่งเป็นกระบวนการแรกสำหรับการผลิต เหล็กกล้าเครื่องมือในปริมาณมากกระบวนการของฮันท์สแมนถูกนำมาใช้ในการผลิตเหล็กกล้าเครื่องมือจนถึงต้นทศวรรษ ค.ศ. 1900 ^{[ 64 ]}

การนำเตาหลอมเหล็กเข้ามาในยุโรปในยุคกลางทำให้ผู้คนสามารถผลิตเหล็กดิบได้ในปริมาณที่มากกว่าเหล็กดัดมาก เนื่องจากเหล็กดิบสามารถหลอมได้ ผู้คนจึงเริ่มพัฒนาวิธีการลดคาร์บอนในเหล็กดิบเหลวเพื่อสร้างเหล็กกล้า การกวนเหล็ก ( Puddling)ถูกนำมาใช้ในประเทศจีนตั้งแต่ศตวรรษที่ 1 และถูกนำมาใช้ในยุโรปในช่วงปี 1700 โดยการกวนเหล็กดิบที่หลอมเหลวในขณะที่สัมผัสกับอากาศเพื่อกำจัดคาร์บอนโดยการออกซิเดชันในปี 1858 เฮนรี เบสเซเมอร์ได้พัฒนาวิธีการผลิตเหล็กกล้าโดยการเป่าลมร้อนผ่านเหล็กดิบเหลวเพื่อลดปริมาณคาร์บอนกระบวนการของเบสเซเมอร์นำไปสู่การผลิตเหล็กกล้าในปริมาณมากเป็นครั้งแรก^{[ 64 ]}

เหล็กกล้าเป็นโลหะผสมของเหล็กและคาร์บอน แต่คำว่าเหล็กกล้าผสมมักหมายถึงเหล็กกล้าที่มีธาตุอื่นๆ เช่นวานาเดียมโมลิบเดนัมหรือโคบอลต์ในปริมาณที่มากพอที่จะเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของเหล็กกล้าพื้นฐาน ตั้งแต่สมัยโบราณ เมื่อเหล็กกล้าถูกใช้เป็นหลักสำหรับเครื่องมือและอาวุธ วิธีการผลิตและการแปรรูปโลหะมักเป็นความลับที่ถูกเก็บรักษาไว้อย่างเข้มงวด แม้หลังจากยุคแห่งการตรัสรู้ ผ่านไปนาน แล้ว อุตสาหกรรมเหล็กกล้ายังคงมีการแข่งขันสูง และผู้ผลิตต่างพยายามอย่างยิ่งที่จะรักษาความลับของกระบวนการผลิต โดยต่อต้านความพยายามใดๆ ในการวิเคราะห์ทางวิทยาศาสตร์ของวัสดุด้วยความกลัวว่าจะเปิดเผยวิธีการของพวกเขา ตัวอย่างเช่น ชาวเมืองเชฟฟิลด์ซึ่งเป็นศูนย์กลางการผลิตเหล็กกล้าในอังกฤษ เป็นที่รู้จักกันดีว่ามักจะห้ามผู้มาเยือนและนักท่องเที่ยวเข้าเมืองเพื่อป้องกัน การจาร กรรมทางอุตสาหกรรมดังนั้น แทบไม่มีข้อมูลทางโลหะวิทยาเกี่ยวกับเหล็กเลยจนกระทั่งปี 1860 เนื่องจากการขาดความเข้าใจนี้ เหล็กจึงไม่ได้ถูกพิจารณาว่าเป็นโลหะผสมโดยทั่วไปจนกระทั่งช่วงทศวรรษระหว่างปี 1930 ถึง 1970 (ส่วนใหญ่เป็นผลมาจากงานของนักวิทยาศาสตร์เช่นWilliam Chandler Roberts-Austen , Adolf MartensและEdgar Bain ) ดังนั้น "เหล็กอัลลอย" จึงกลายเป็นคำที่นิยมใช้สำหรับเหล็กอัลลอยแบบไตรภาคและจตุภาค^{[ 65 ] [ 66 ]}

หลังจากที่เบนจามิน ฮันท์สแมนพัฒนาเหล็กกล้าแบบเบ้าหลอมในปี 1740 เขาเริ่มทดลองเติมธาตุต่างๆ เช่นแมงกานีส (ในรูปของเหล็กหล่อที่มีแมงกานีสสูงที่เรียกว่าสปีเกอไลเซน ) ซึ่งช่วยกำจัดสิ่งเจือปน เช่น ฟอสฟอรัสและออกซิเจน กระบวนการนี้ได้รับการนำไปใช้โดยเบสเซเมอร์และยังคงใช้ในเหล็กกล้าสมัยใหม่ (แม้ว่าจะมีความเข้มข้นต่ำพอที่จะถือว่าเป็นเหล็กกล้าคาร์บอนก็ตาม) ^{[ 64 ]}หลังจากนั้น ผู้คนจำนวนมากเริ่มทดลองกับโลหะผสมต่างๆ ของเหล็กกล้าโดยไม่ประสบความสำเร็จมากนัก อย่างไรก็ตาม ในปี 1882 โรเบิร์ต แฮดฟิลด์ผู้บุกเบิกด้านโลหะวิทยาเหล็กกล้า ได้ให้ความสนใจและผลิตโลหะผสมเหล็กกล้าที่มีแมงกานีสประมาณ 12% เรียกว่าแมงกัลลอยซึ่งแสดงให้เห็นถึงความแข็งและความเหนียวอย่างมาก กลายเป็นโลหะผสมเหล็กกล้าที่ใช้ได้ในเชิงพาณิชย์เป็นครั้งแรก^{[ 67 ]}หลังจากนั้น เขาได้สร้างเหล็กกล้าซิลิคอน ซึ่งเป็นการเริ่มต้นการค้นหาโลหะผสมเหล็กกล้าอื่นๆ ที่เป็นไปได้^{[ 68 ]}

โรเบิร์ต ฟอเรสเตอร์ มูเชต์พบว่าการเติมทังสเตนลงในเหล็กจะทำให้ได้ขอบที่แข็งมากและทนต่อการสูญเสียความแข็งที่อุณหภูมิสูง “เหล็กพิเศษของอาร์. มูเชต์” (RMS) กลายเป็นเหล็กความเร็วสูงชนิดแรก[ 68 ^{]เหล็กของ}มูเชต์ถูกแทนที่อย่างรวดเร็วด้วย เหล็ก ทังสเตนคาร์ไบด์ซึ่งพัฒนาโดยเทย์เลอร์และไวท์ในปี 1900 โดยพวกเขาเพิ่มปริมาณทังสเตนเป็นสองเท่าและเติมโครเมียมและวานาเดียมในปริมาณเล็กน้อย ทำให้ได้เหล็กที่เหนือกว่าสำหรับการใช้งานในเครื่องกลึงและเครื่องมือกล ในปี 1903 พี่น้องไรท์ใช้เหล็กโครเมียม-นิกเกิลในการทำเพลาข้อเหวี่ยงสำหรับเครื่องยนต์เครื่องบินของพวกเขา ในขณะที่ในปี 1908 เฮนรี ฟอร์ดเริ่มใช้เหล็กวานาเดียมสำหรับชิ้นส่วนต่างๆ เช่น เพลาข้อเหวี่ยงและวาล์วใน รถยนต์ ฟอร์ดรุ่น Model T ของเขา เนื่องจากมีความแข็งแรงและทนต่ออุณหภูมิสูงได้ดีกว่า^{[ 46 ]}ในปี พ.ศ. 2455 โรงงานเหล็ก Krupp ในเยอรมนีได้พัฒนาเหล็กกล้าทนสนิมโดยการเติมโครเมียม 21% และนิกเกล 7% ทำให้เกิดเหล็กกล้าไร้สนิมชนิดแรก^{[ 68 ]}

ตัวอย่างทั่วไปของโลหะผสมสมัยใหม่คือเหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 304ซึ่งนิยมใช้สำหรับเครื่องครัว กระทะ มีด และส้อม บางครั้งก็เรียกว่า 18/8 ซึ่งเป็นโลหะผสมที่ประกอบด้วยเหล็ก 74% โครเมียม 18% และ นิกเกล 8% ธาตุโครเมียมและนิกเกลช่วยเพิ่มความแข็งแรงและความแข็งให้กับธาตุเหล็กส่วนใหญ่ แต่หน้าที่หลักของมันคือทำให้ทนต่อสนิม/การกัดกร่อน

เนื่องจากโลหะมีปฏิกิริยาไวสูง โลหะส่วนใหญ่จึงเพิ่งถูกค้นพบในศตวรรษที่ 19 ฮัมฟรี เดวีเสนอ วิธีการสกัดอะลูมิเนียมจาก แร่บอกไซต์ในปี 1807 โดยใช้กระแสไฟฟ้าแม้ว่าความพยายามของเขาจะไม่ประสบความสำเร็จ แต่ในปี 1855 อะลูมิเนียมบริสุทธิ์ก็เริ่มวางจำหน่ายในตลาด อย่างไรก็ตาม เนื่องจากโลหะวิทยาการสกัดยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น กระบวนการสกัดอะลูมิเนียมส่วนใหญ่จึงทำให้เกิดโลหะผสมที่ไม่พึงประสงค์ซึ่งปนเปื้อนด้วยธาตุอื่นๆ ที่พบในแร่ โดยธาตุที่พบมากที่สุดคือทองแดง โลหะผสมอะลูมิเนียม-ทองแดงเหล่านี้ (ในขณะนั้นเรียกว่า "อะลูมิเนียมบรอนซ์") มาก่อนอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ โดยให้ความแข็งแรงและความแข็งมากกว่าโลหะบริสุทธิ์ที่อ่อนนุ่ม และพบว่าสามารถอบชุบด้วยความร้อนได้ในระดับหนึ่ง^{[ 69 ]}อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความอ่อนนุ่มและความสามารถในการทำให้แข็งตัวที่จำกัด โลหะผสมเหล่านี้จึงไม่ค่อยมีประโยชน์ในทางปฏิบัติ และเป็นเพียงสิ่งแปลกใหม่ จนกระทั่งพี่น้องไรท์ใช้โลหะผสมอะลูมิเนียมในการสร้างเครื่องยนต์เครื่องบินเครื่องแรกในปี พ.ศ. 2446 ^{[ 46 ]}ในช่วงระหว่างปี พ.ศ. 2408 ถึง พ.ศ. 2453 ได้มีการค้นพบกระบวนการสกัดโลหะอื่นๆ อีกมากมาย เช่น โครเมียม วานาเดียม ทังสเตนอิริเดียมโคบอลต์ และโม ลิบเดนัม และมีการพัฒนาโลหะผสมต่างๆ ขึ้น^{[ 70 ]}

ก่อนปี 1910 การวิจัยส่วนใหญ่ประกอบด้วยบุคคลทั่วไปที่ทำการทดลองในห้องปฏิบัติการของตนเอง อย่างไรก็ตาม เมื่ออุตสาหกรรมการบินและยานยนต์เริ่มเติบโต การวิจัยเกี่ยวกับโลหะผสมจึงกลายเป็นความพยายามในระดับอุตสาหกรรมในช่วงหลายปีหลังปี 1910 เนื่องจากมีการพัฒนาโลหะผสมแมกนีเซียม ใหม่สำหรับลูกสูบและ ล้อในรถยนต์ และโลหะผสมสำหรับคันโยกและลูกบิด และโลหะผสมอะลูมิเนียมที่พัฒนาขึ้นสำหรับโครงเครื่องบินและผิวเครื่องบินก็ถูกนำมาใช้^{[ 46 ]}บริษัท Doehler Die Casting Co. แห่งเมืองโทเลโด รัฐโอไฮโอ เป็นที่รู้จักในด้านการผลิตBrastilซึ่งเป็นโลหะผสมบรอนซ์ที่มีแรงดึงสูงและทนต่อการกัดกร่อน^{[ 71 ] [ 72 ]}

ในส่วนหนึ่งของการจัดซื้อ ทางอุตสาหกรรม สำหรับการผลิตโลหะผสมที่มีความแม่นยำจะมีการผลิตแท่งหรือผงโลหะผสมหลักที่เป็นสินค้าขั้นกลาง ที่มีส่วนผสมของปริมาณโลหะที่ต้องการอย่างสม่ำเสมอ จากนั้นโลหะผสมหลักเหล่านี้สามารถนำมาผสมกันเพื่อผลิตโลหะผสมขั้นสุดท้ายที่ต้องการสำหรับการผลิต ^{[ 73 ] [ 74 ]}ใน อุตสาหกรรม โลหะผสมอะลูมิเนียมโลหะผสมหลักมักถูกนำมาใช้กับอะลูมิเนียมเพื่อปรับขนาดเกรนของโลหะในโลหะผสมขั้นสุดท้าย^{[ 75 ] [ 76 ]}

• การขยายตัวของโลหะผสม
• คาลแฮด
• ส่วนผสมที่ลงตัว
• รายชื่อโลหะผสม

• Buchwald, Vagn Fabritius [ในภาษาเดนมาร์ก] (2005) เหล็กและเหล็กกล้าในสมัยโบราณ เดช คองเกลิจ ดานสเก วิเดนสคาเบอร์เนส เซลสคับไอเอสบีเอ็น 978-87-7304-308-0.

ค้นหาคำว่า alloyใน Wiktionary ซึ่งเป็นพจนานุกรมออนไลน์ฟรี

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับโลหะผสม

• Roberts-Austen, William Chandler ; Neville, Francis Henry (1911). "โลหะผสม"  . สารานุกรมบริแทนนิกา (ฉบับที่ 11).
• "โลหะผสม"  .สารไซโคลพีเดียอเมริกัน . พ.ศ. 2422