Стали, як зазначалося вище, є сплавами заліза з вуглецем.

Структури вуглецевих сталей в залежності від вмісту в них вуглецю, а також структурні перетворення, які відбуваються в цих сталях при нагріванні і повільному охолодженні, вивчаються по діаграмі Fe—С.

На малюнку наведена частина діаграми Fe—З, характеризує структури сталей. Діаграма дана в дещо спрощеному вигляді.

Перш ніж розглядати структурні перетворення в сталях, з'ясуємо, які структури в них зустрічаються при кімнатних температурах і при нагріванні.

Лінії діаграмивизначають температури, при яких в сталях відбуваються які-небудь структурні перетворення.

Ферит

Ферит — твердий розчин вуглецю в залізі а. При кімнатній температурі в фериті може розчинятися не більше ніж 0,006% вуглецю.

Якщо вміст вуглецю встали більше ніж 0,006%, то, крім фериту в структурі сталі є інші структурні складові.

Ферит має невелику міцність і твердістю, але високою пластичністю. Він має хороші магнітні властивості.

Цементит

Цементит — хімічна сполука заліза з вуглецем, що відповідає формулі Fe₃C. Вміст вуглецю в цементите становить 6,67% і не змінюється у всьому інтервалі температур, аж до температури плавлення.

Цементит є твердою структурної складової сталі. Він має високу міцність, але надзвичайно крихкий.

Перліт

Перліт — механічна суміш фериту і цементиту (після травлення ця структура має перламутровий відлив).

Перліт буває пластинчастим (цементит у вигляді пластинок) і зернистим (цементит у вигляді зерняток). Твердість перліту вище, ніж у фериту, але менше, ніж у цементиту.

Аустеніт

Аустеніт (назву дано на честь англійського металловеда Аустена) — твердий розчин вуглецю в залізі γ (модифікація заліза з гранецентрованої кристалічними ґратами). Максимальна розчинність вуглецю в залозі γ становить 2% при температурі 1130°.

Аустеніт має невисоку твердість, володіє достатньо високою міцністю поряд з хорошою пластичністю, великою стійкістю проти корозії, високим електроопором. Він немагнитен.

Діаграма залізовуглецевих сплавів

Повернемося до вищенаведеної діаграми, так лінія АС показує, при яких температурах при охолодженні почнеться процес кристалізації сталі. Лінія АЕ показує, при яких температурах кристалізація закінчиться, тобто сплав затвердіє.

З діаграми видно, що чисте залізо кристалізується при постійній температурі (1539°).

Сталь з вмістом С=0,8% кристалізується не при постійній температурі, а в деякому інтервалі температур. Точка 1 визначає температуру початку кристалізації, точка2 — температуру кінця кристалізації сталі з вмістом С = 0,8%.

Таким чином, при температурах нижче лінії АЕ сталь буде перебувати в твердому стані і структура стали буде аустеніт. При цьому весь вуглець, який в сталі є, буде розчинений в аустените.

Структура аустеніту збережеться в сталі і при подальшому охолодженні до температур, які визначаються лініями GS іSE.