Чистое железо – металл серебристо – белого цвета. Температура плавления железа 1539°С. Известны две полиморфные модификации: α и γ. Модификация α существует при температурах ниже 910 ºС и выше 1392 ºС. Для интервала температур 1392 —1539°С α - железо нередко обозначают как δ - железо. Кристаллическая решетка α – железа – объёмноцентрированный куб.
Углерод является неметаллическим элементом II периода четвертой группы, атомный номер 6, плотность 2,5 г/см3, температура плавления 3500ºС. Углерод полиморфен. В обычных условиях он находится в виде модификации графита, но может существовать и в виде метастабильной модификации алмаза. Углерод растворим в железе в жидком и твердом состоянии, а также может быть в виде химического соединения — цементита, а в высокоуглеродистых сплавах и в виде графита.
В системе Fe - С различают следующие фазы: жидкий сплав, твердые растворы — феррит и аустенит, а также цементит и графит.
Феррит (Ф) — твердый раствор углерода в α-железе. Различают низкотемпературный α-феррит с растворимостью углерода до 0,02% и высокотемпературный δ -феррит с предельной растворимостью углерода 0,1%. Атом углерода имеет следующие механические свойства: σв = 25 кгс/мм2; δ = 50% (пластичность); HB 80-90.
Аустенит (А) — твердый раствор углерода в γ-железе. δ = 40-50% (пластичность); HB 170-200
Цементит. Это химическое соединение железа с углеродом — карбид железа Fe3C.Температура плавления цементитаточно не определена в связи с возможностью его распада и принимается примерно равной 1550 ºС. К характерным особенностям цементита относятся высокая твердость(HV800 — 850) и очень малая пластичность.
Графит. Графит мягок и обладает низкой прочностью.