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Du cuivre à la Fonte
Le premier métal travaillé fut le cuivre. Les hommes commencèrent probablement par travailler le cuivre natif (c'est-à-dire présent naturellement sous forme métallique) par martelage, et ils s'aperçurent sans doute qu'il était plus facile de le travailler lorsqu'il était chauffé (phénomène de recuit : élimination des dislocations par la restructuration et éventuellement recristallisation). Puis, en chauffant de plus en plus, ils s'aperçurent qu'il fondait et que l'on pouvait donc le mouler. Ceci constitua l'Age du cuivre, vers 4000 av J.-C.. Le premier alliage fut le bronze (alliage de cuivre et d'étain). L'Age du bronze s'étendit d'environ 2500 à 1000 av J.-C. bien que l'on pensait alors que le cuivre était un type de bronze. Le cuivre natif étant rare, ils travaillèrent avec des minerais de plus en plus pauvres en cuivre natif, et ils s'aperçurent probablement que le fait de faire chauffer des minerais permettait non seulement d'extraire le cuivre par fusion, mais aussi de « transformer » le minerai en métal (réduction) ; c'est sans doute ainsi que sont nés les bas fourneaux, vers1200 av J.-C.. Vers 1000 av J.-C. commença l'Age de fer. Les premiers à utiliser le fer furent les Hittites.
Le laiton est un alliage de cuivre et de zinc, aux proportions variables. Il contient souvent également d'autres métaux tels que le plomb, l'étain, le nickel, le chrome et le magnésium. Le nickel est utilisé dans les pièces de monnaie ou pour le plaquage du laiton, en raison de sa résistance à l'oxydation et à la corrosion. La corrosion fait apparaître à la surface du laiton une couche appelée vert-de-gris. Le laiton est connu depuis la préhistoire, les Grecs le connaissaient aussi dans l'Antiquité. Il ne faut pas confondre le laiton avec le bronze, qui est un alliage de cuivre et d'étain, ni avec le régule, alliage d'étain ou de plomb et d'antimoine.
vert-de-gris sur une statue
Le laiton est très facile à usiner mais relativement fragile. On l'utilise depuis longtemps pour la fabrication d'instruments de précision, d'éléments décoratifs pour le mobilier, d'instruments de musique, de robinetterie, de serrurerie, etc. Le laiton est le plus utilisé des alliages de cuivre. C'est l'un des principaux métaux utilisés par l'industrie du décolletage (fabrication de petites pièces tournées en très grandes séries).
Gabarits en laiton utilisés pour la fabrication de cloches
L'étain est un métal hautement cristallisé qui 'crie' ou 'pleure' lorsqu'on en plie une barre (rupture des liaisons cristallines). Il résiste à la corrosion par l'eau de mer et l'eau douce, mais peut être attaqué par les acides forts. L'étain était déjà connu dans l'Antiquité, sur toute la planète. Le bronze, alliage de cuivre et d'étain, était connu antérieurement. En Mésopotamie, à Ur, on a trouvé des objets en bronze datés de 5000 ans avant Jésus-Christ. Jules César a décrit l'exploitation de minerais d'étain dans les mines de Cornouailles (Grande-Bretagne). Depuis la Grande Bretagne, la route de l'étain passe en Gaule, empruntant le Rhône et l'un des objectifs de la conquête césarienne est de sécuriser cette voie d'approvisionnement.
Depuis l'Age de fer et jusqu'au XIXème siècle dans certaines région du monde le fer s'obtient  par réduction du minerai avec du charbon de bois dans un bas fourneau ou bas-foyer : on obtient, sans passer par une phase liquide, une masse hétérogène de fer et d'acier appelée "loupe", "massiot" ou "éponge de fer". Cette masse de métal brute se forme en incorporant plus ou moins de scories (déchet minéral de la réduction) et de porosités. Afin de rendre le métal propre à l'élaboration d'objets, la "loupe" peut être brisée et triée par type de teneur en carbone ou plus simplement être directement compactée à la forge.
Galène : forme naturelle cristallisée du sulfure de plomb
Ce travail, dit d'épuration, varie en fonction des régions et des cultures techniques. Globalement, son principe consiste à évacuer la scorie et à souder les différentes parties de la masse de métal. On parle de cinglage pour l'étape consistant à marteler le métal à chaud pour évacuer la scorie et de corroyage pour désigner la fin de l'opération d'épuration, consistant à réaliser plusieurs passes à la forge en repliant et en soudant le métal sur lui-même.
C'est avec le développement des moulins et de la force hydraulique, que la lignée technique du haut-fourneau a pu se développer et s'est globalement imposée sur celle du bas-fourneau. La principale différence dans ce procédé est la réduction des oxydes de fer à une température supérieur au point de fusion du fer. Le métal est produit en phase liquide, formant la fonte. Dans ce cas, les déchets minéraux, appelés laitiers, sont séparés du métal.
C'est en ajoutant de la silice au minerai à gangue calcaire ou du calcaire au minerai à gangue siliceuse que l'on est passé au haut fourneau : ce fondant permet la formation de laitier, et permet au fer d'absorber du carbone pour faire de la fonte bien liquide, car sa température de fusion est plus basse que le fer. Pendant longtemps les hauts fourneaux ont fonctionné au charbon de bois. Le coke plus dur a permis de faire des hauts fourneaux beaucoup plus hauts mais produisant une fonte moins pure.
Pour obtenir un métal forgeable, il faut affiner la fonte. Cette étape consiste à décarburer la fonte pour obtenir un alliage plus faible en carbone: fer ou acier. Là encore, les techniques d'élaboration du métal en haut-fourneau varient en fonction des régions, des cultures techniques et des produits qu'on veut obtenir. Actuellement : les oxydes de fer (minerais) sont réduits par le monoxyde de carbone obtenu par la réaction du coke et de l'air dans un haut fourneau. On obtient de la fonte liquide et du laitier liquide. La fonte est transformée en acier au convertisseur. Dans cette cuve, on souffle de l'oxygène sur la fonte pour en éliminer le carbone.
Acier et Fonte L'acier et la fonte sont des alliages de fer contenant une faible proportion de carbone en masse, mais une proportion bien plus importante en nombre d'atomes (55,845 ÷ 12 = 4,65 fois plus) :  - la fonte contient de 1,7 % à 6,67 % de carbone ;  - l'acier contient de 0,025 % à 1,7 % de carbone ;  - En dessous de 0,025 % de carbone, on parle de fers industriels. Diverses additions permettent d'obtenir des aciers spéciaux :  - manganèse pour améliorer la résistance à l'usure ;  - tungstène pour la dureté à haute température ;  - silicium pour améliorer l'élasticité (utilisé pour les ressorts). Les aciers inoxydables sont des alliages contenant de fortes proportions de chrome. On peut aussi y ajouter du nickel et parfois du molybdène ou du vanadium. Par exemple, les couverts possèdent une inscription « 18/8 » ou « 18/10 », cela signifie qu'ils contiennent 18 % de chrome et 8 ou 10 % de nickel.