冶金研究部由宋應星兼任部長，進行鉛、鋅、錫、銅、鎳、鉻、錳、鋁、鈉、銻等常用金屬以及不鏽鋼、高錳鋼、鋁合金、磁鐵、工具鋼等合金的研究。
鉛、鋅、錫、銅、鎳是明代已經普及使用的金屬。
鉛具有熔點低、耐蝕性高、塑性好等優點，常被加工成板材和管材，廣泛用於化工、電纜、蓄電池等方麵。
鋅具有耐腐蝕性、機械性能和導電性等特性，廣泛應用於鋼鐵、冶金、機械、電氣、電池、化工、輕工、軍事和醫藥等領域。
錫是一種低熔點過渡金屬，被稱為“工業味精”，廣泛應用於電子、電器、化工、冶金、建材、機械、食品包裝等行業。
西漢時期，中國人已經將鋅溶解到銅中冶煉製取合金黃銅，將鎳溶解到銅中冶煉製取合金白銅。
明代以後，隨著鋅冶煉技術的成熟，黃銅鑄幣成為主流，黃銅製品工藝精良。黃銅具有優良的鑄造性能、耐腐蝕性和美觀的金色光澤，被廣泛應用於製造工具、器皿以及貨幣等。
金屬鎳在鐵合金和不鏽鋼的製造中扮演著重要的角色。在鋼裏融入鉻、鎳以及其他一些金屬可製成合金不鏽鋼。
不生鏽的特性主要來源於合金中鉻的成分，鉻在合金的表麵形成了一層堅牢的、具有自我修複能力的氧化鉻薄膜。
鉻是一種藍灰色、非常耀眼光澤的堅硬金屬。鉻以鉻鐵礦的形式存在。鉻主要用於不鏽鋼、電鍍和金屬陶瓷等。1797年，沃克蘭發現了氧化鉻。
鉻鐵礦在熔融的堿中用空氣氧化，可以生成鉻酸鈉。鉻酸鈉用水萃取、沉澱，並用石墨還原，可以得到氧化鉻。用鋁或矽還原氧化鉻，可以得到金屬鉻。
錳的利用曆史十分悠久，中國古代對錳的使用可以追溯到仰韶文化時期,當時的人們使用軟錳礦作為陶器著色顏料。戰國時期的鐵箭，也發現了錳的身影。
雖然軟錳礦很早就被人們所利用，但直到1774年，才由瑞典科學家甘恩從軟錳礦中還原出了金屬錳。
經過各國冶金學家幾十年不懈努力，1875年以後，歐洲各國開始用高爐生產錳鐵。1890年用電爐生產錳鐵，1898年用鋁熱法生產金屬錳，1939年開始用電解法生產金屬錳。
錳主要用於鋼鐵工業，製造錳鐵合金，以提高鋼的強度、硬度、彈性極限、耐磨性和耐腐蝕性等。加入13%以上的錳，製成的高錳鋼既堅硬又富有韌性。
高錳鋼因其高硬度、耐磨性和抗壓性，廣泛應用於采石、采礦、采煤、挖掘、建築、鑄造、鋼鐵、交通等行業，製造機械零件、機械設備等。軍事上可製造鋼盔、裝甲等。
鋁為銀白色輕金屬，是地殼中含量最豐富的金屬元素。
人類很早就已經使用含鋁化合物的黏土製成陶器。但是由於鋁化合物的氧化性很弱，鋁不易從其化合物中被還原出來，因而遲遲不能分離出金屬鋁。
1746年，德國人波特從明礬中製得氧化鋁。1854年，法國人德維爾用鈉作為還原劑生產出金屬鋁。在以後的一段時期裏，鋁是帝王貴族們享用的珍寶，當時鋁的價格接近黃金。
1886年，將氧化鋁溶解在冰晶石中電解的方法發明，奠定了世界電解鋁的工業方法。鋁得以大規模生產，鋁的價格發生了成千倍的跌落。21世紀，鋁及鋁合金因經濟適用，成為人類應用的僅次於鋼材的第二大金屬。
以鋁為基添加錳、銅、鋅、鎂、矽等金屬冶煉的合金稱為鋁合金。鋁合金具有較高的強度、良好的鑄造性能、導電導熱性能、耐蝕性和可焊性，廣泛應用於建築、航空、汽車、機電、輸電、輕化和日用品中。
鋁鍋是一種輕便、耐用、加熱快、導熱均勻、不生鏽的鍋。20世紀在廣大農村流行的銻鍋實質上是鋁鍋。不合格的鋁鍋或不當使用鋁製炊具，在使用過程中會產生鋁元素與食物混合，人體攝入鋁元素對身體有害。
鈉以鹽的形式廣泛的分布於陸地和海洋中，能與水反應生成氫氧化鈉，放出氫氣。19世紀，英國化學家漢弗裏·戴維通過電解熔融碳酸鈉獲得金屬鈉。
金屬鈉具有很低的密度、硬度和熔點，具有較好的導磁性、導電性。廣泛應用於還原劑、化工、冶金、陶瓷、玻璃、食品、製藥、橡膠、皮革、印染等行業。
銻是一種重要的化工原料，具有半導體特性、耐磨性、阻燃性，廣泛應用於醫藥、化工、電子、電池、合金、子彈、玻璃等方麵 。
1604年，德國人瓦倫廷發現了銻與硫化銻的提取方法。18世紀開始采用焙燒還原法煉銻。1896年人們製出電解銻。1930年以後，銻礦鼓風爐熔煉法成為生產金屬銻的重要方法。
磁鐵分為永久磁鐵與非永久磁鐵。永久磁鐵可以是天然磁石，也可以由人工製造。中國人最早發現及使用天然磁石，製作的指南針是中國四大發明之一。
非永久性磁鐵隻有在某些條件下才會出現磁性。1822年，法國物理學家發現，當電流通過其中有鐵塊的繞線時，它能使繞線中的鐵塊磁化，電磁鐵原理被發現。
工具鋼是用以製造切削刀具、量具、模具和耐磨工具的鋼。在金屬加工領域，工具鋼具有不可替代的作用。
工具鋼一般分為碳素工具鋼、合金工具鋼和高速工具鋼。按用途可分為製造車刀、銑刀、刨刀、鑽頭等的刃具鋼；製造衝模、鍛模、壓鑄模等的模具鋼；製造直尺、卡尺等的量具鋼。
碳素工具鋼具有較高的硬度和耐磨性，適用於製造簡單的工具和模具。合金工具鋼則在碳素工具鋼的基礎上添加了鉻、釩等合金元素，適用於製造高級的切削工具和模具。
釩在自然界中主要存在於綠硫釩礦和釩鉛礦中。1867年，英國化學家羅斯科通過用氫氣還原二氧化釩，得到金屬釩。
釩有“化學麵包”之稱，在鋼中加入百分之幾的釩，就能使鋼的彈性、強度大增，抗磨損和抗爆裂性極好，既耐高溫又抗奇寒。廣泛應用於冶金、航空、汽車、鐵路、電子、國防等方麵。
高速工具鋼添加了鉬、鋁等合金元素，主要用於製造高效率的切削刀具，也用於製造性能要求高的模具、軋輥、高溫軸承和高溫彈簧。
鉬具有高強度、高硬度、機械性能優異的特點。摻入鉬的合金鋼具有高強度、高韌性、突出的耐熱強度和抗腐蝕性能。廣泛應用於冶金和電子管、晶體管、整流器等電子器件方麵。
1782年，瑞典人用亞麻子油調過的木炭和鉬酸混合物密閉灼燒，從輝鉬礦中分離出金屬鉬。
軸承是機械設備中一種重要的零部件，軸承鋼的硬度決定軸承的質量。
17世紀末，英國人瓦洛設計製造出球軸承，並安裝在郵車上試用。1760年，鍾表匠約翰·哈裏遜發明滾動軸承，成為最早投入實用的軸承。
彈簧是一種利用彈性來工作的機械零件。1776年，使用螺旋壓縮彈簧的彈簧秤問世。
工具鋼的生產過程包括煉鋼、鍛造、退火、淬火和回火等工序。在煉鋼過程中，通過控製化學成分和冶煉方法，得到具有特定性能的鋼水。
在鍛造過程中，將鋼水倒入模具中成型，得到所需形狀的鋼坯。退火過程是將鋼坯加熱到一定溫度，然後緩慢冷卻，以消除內應力，提高塑性和韌性。
淬火是將鋼坯加熱到臨界溫度以上，然後迅速冷卻，以增加硬度和耐磨性。回火是將淬火後的鋼坯再次加熱到一定溫度，以降低內應力，提高韌性，並獲得所需的物理機械性能。
鉛、鋅、錫、銅、鎳是明代已經普及使用的金屬。
鉛具有熔點低、耐蝕性高、塑性好等優點，常被加工成板材和管材，廣泛用於化工、電纜、蓄電池等方麵。
鋅具有耐腐蝕性、機械性能和導電性等特性，廣泛應用於鋼鐵、冶金、機械、電氣、電池、化工、輕工、軍事和醫藥等領域。
錫是一種低熔點過渡金屬，被稱為“工業味精”，廣泛應用於電子、電器、化工、冶金、建材、機械、食品包裝等行業。
西漢時期，中國人已經將鋅溶解到銅中冶煉製取合金黃銅，將鎳溶解到銅中冶煉製取合金白銅。
明代以後，隨著鋅冶煉技術的成熟，黃銅鑄幣成為主流，黃銅製品工藝精良。黃銅具有優良的鑄造性能、耐腐蝕性和美觀的金色光澤，被廣泛應用於製造工具、器皿以及貨幣等。
金屬鎳在鐵合金和不鏽鋼的製造中扮演著重要的角色。在鋼裏融入鉻、鎳以及其他一些金屬可製成合金不鏽鋼。
不生鏽的特性主要來源於合金中鉻的成分，鉻在合金的表麵形成了一層堅牢的、具有自我修複能力的氧化鉻薄膜。
鉻是一種藍灰色、非常耀眼光澤的堅硬金屬。鉻以鉻鐵礦的形式存在。鉻主要用於不鏽鋼、電鍍和金屬陶瓷等。1797年，沃克蘭發現了氧化鉻。
鉻鐵礦在熔融的堿中用空氣氧化，可以生成鉻酸鈉。鉻酸鈉用水萃取、沉澱，並用石墨還原，可以得到氧化鉻。用鋁或矽還原氧化鉻，可以得到金屬鉻。
錳的利用曆史十分悠久，中國古代對錳的使用可以追溯到仰韶文化時期,當時的人們使用軟錳礦作為陶器著色顏料。戰國時期的鐵箭，也發現了錳的身影。
雖然軟錳礦很早就被人們所利用，但直到1774年，才由瑞典科學家甘恩從軟錳礦中還原出了金屬錳。
經過各國冶金學家幾十年不懈努力，1875年以後，歐洲各國開始用高爐生產錳鐵。1890年用電爐生產錳鐵，1898年用鋁熱法生產金屬錳，1939年開始用電解法生產金屬錳。
錳主要用於鋼鐵工業，製造錳鐵合金，以提高鋼的強度、硬度、彈性極限、耐磨性和耐腐蝕性等。加入13%以上的錳，製成的高錳鋼既堅硬又富有韌性。
高錳鋼因其高硬度、耐磨性和抗壓性，廣泛應用於采石、采礦、采煤、挖掘、建築、鑄造、鋼鐵、交通等行業，製造機械零件、機械設備等。軍事上可製造鋼盔、裝甲等。
鋁為銀白色輕金屬，是地殼中含量最豐富的金屬元素。
人類很早就已經使用含鋁化合物的黏土製成陶器。但是由於鋁化合物的氧化性很弱，鋁不易從其化合物中被還原出來，因而遲遲不能分離出金屬鋁。
1746年，德國人波特從明礬中製得氧化鋁。1854年，法國人德維爾用鈉作為還原劑生產出金屬鋁。在以後的一段時期裏，鋁是帝王貴族們享用的珍寶，當時鋁的價格接近黃金。
1886年，將氧化鋁溶解在冰晶石中電解的方法發明，奠定了世界電解鋁的工業方法。鋁得以大規模生產，鋁的價格發生了成千倍的跌落。21世紀，鋁及鋁合金因經濟適用，成為人類應用的僅次於鋼材的第二大金屬。
以鋁為基添加錳、銅、鋅、鎂、矽等金屬冶煉的合金稱為鋁合金。鋁合金具有較高的強度、良好的鑄造性能、導電導熱性能、耐蝕性和可焊性，廣泛應用於建築、航空、汽車、機電、輸電、輕化和日用品中。
鋁鍋是一種輕便、耐用、加熱快、導熱均勻、不生鏽的鍋。20世紀在廣大農村流行的銻鍋實質上是鋁鍋。不合格的鋁鍋或不當使用鋁製炊具，在使用過程中會產生鋁元素與食物混合，人體攝入鋁元素對身體有害。
鈉以鹽的形式廣泛的分布於陸地和海洋中，能與水反應生成氫氧化鈉，放出氫氣。19世紀，英國化學家漢弗裏·戴維通過電解熔融碳酸鈉獲得金屬鈉。
金屬鈉具有很低的密度、硬度和熔點，具有較好的導磁性、導電性。廣泛應用於還原劑、化工、冶金、陶瓷、玻璃、食品、製藥、橡膠、皮革、印染等行業。
銻是一種重要的化工原料，具有半導體特性、耐磨性、阻燃性，廣泛應用於醫藥、化工、電子、電池、合金、子彈、玻璃等方麵 。
1604年，德國人瓦倫廷發現了銻與硫化銻的提取方法。18世紀開始采用焙燒還原法煉銻。1896年人們製出電解銻。1930年以後，銻礦鼓風爐熔煉法成為生產金屬銻的重要方法。
磁鐵分為永久磁鐵與非永久磁鐵。永久磁鐵可以是天然磁石，也可以由人工製造。中國人最早發現及使用天然磁石，製作的指南針是中國四大發明之一。
非永久性磁鐵隻有在某些條件下才會出現磁性。1822年，法國物理學家發現，當電流通過其中有鐵塊的繞線時，它能使繞線中的鐵塊磁化，電磁鐵原理被發現。
工具鋼是用以製造切削刀具、量具、模具和耐磨工具的鋼。在金屬加工領域，工具鋼具有不可替代的作用。
工具鋼一般分為碳素工具鋼、合金工具鋼和高速工具鋼。按用途可分為製造車刀、銑刀、刨刀、鑽頭等的刃具鋼；製造衝模、鍛模、壓鑄模等的模具鋼；製造直尺、卡尺等的量具鋼。
碳素工具鋼具有較高的硬度和耐磨性，適用於製造簡單的工具和模具。合金工具鋼則在碳素工具鋼的基礎上添加了鉻、釩等合金元素，適用於製造高級的切削工具和模具。
釩在自然界中主要存在於綠硫釩礦和釩鉛礦中。1867年，英國化學家羅斯科通過用氫氣還原二氧化釩，得到金屬釩。
釩有“化學麵包”之稱，在鋼中加入百分之幾的釩，就能使鋼的彈性、強度大增，抗磨損和抗爆裂性極好，既耐高溫又抗奇寒。廣泛應用於冶金、航空、汽車、鐵路、電子、國防等方麵。
高速工具鋼添加了鉬、鋁等合金元素，主要用於製造高效率的切削刀具，也用於製造性能要求高的模具、軋輥、高溫軸承和高溫彈簧。
鉬具有高強度、高硬度、機械性能優異的特點。摻入鉬的合金鋼具有高強度、高韌性、突出的耐熱強度和抗腐蝕性能。廣泛應用於冶金和電子管、晶體管、整流器等電子器件方麵。
1782年，瑞典人用亞麻子油調過的木炭和鉬酸混合物密閉灼燒，從輝鉬礦中分離出金屬鉬。
軸承是機械設備中一種重要的零部件，軸承鋼的硬度決定軸承的質量。
17世紀末，英國人瓦洛設計製造出球軸承，並安裝在郵車上試用。1760年，鍾表匠約翰·哈裏遜發明滾動軸承，成為最早投入實用的軸承。
彈簧是一種利用彈性來工作的機械零件。1776年，使用螺旋壓縮彈簧的彈簧秤問世。
工具鋼的生產過程包括煉鋼、鍛造、退火、淬火和回火等工序。在煉鋼過程中，通過控製化學成分和冶煉方法，得到具有特定性能的鋼水。
在鍛造過程中，將鋼水倒入模具中成型，得到所需形狀的鋼坯。退火過程是將鋼坯加熱到一定溫度，然後緩慢冷卻，以消除內應力，提高塑性和韌性。
淬火是將鋼坯加熱到臨界溫度以上，然後迅速冷卻，以增加硬度和耐磨性。回火是將淬火後的鋼坯再次加熱到一定溫度，以降低內應力，提高韌性，並獲得所需的物理機械性能。