Çelik en yaygın olarak kullanılan metallerden biridir. Genel olarak demir ve karbon alaşımı olmakla birlikte yapısında P, S, Si, Al gibi elementler ile çeliğin özelliklerinin geliştirilmesi maksadıyla Mo, Mn, V, Cr, W gibi elementler yer alabilmektedir.
Ferrit (Demir)
Demir (ferrit) kübik hacim merkezi (KHM) yapısına sahip olan α-Fe fazındadır. Demirde en çok %0,008 karbon çözünür. Çelikteki en yumuşak faz olarak karşımıza çıkar. Ortalama özellikleri şöyle sıralanabilir; uzama 40, sertlik: 0-HRC’nin altında, çekme dayanımı: 40.000-psi=275 MPs
Sementit (Fe3C)
Çeliğin yapısındaki en sert faz olan sementit %6,67 karbon içeren demir karbür bileşiğidir. Faz yapısında 3 Fe atomu ile 1 C atomu birleşerek sementiti bir araya getirir. Çok sert ve kırılgan olan sementitin çekme dayanımı düşük ancak basma direnci yüksektir. Yapıda iğneli veya ağ şeklinde yer alır.
Perlit
Ferrit ve sementit fazlarının karışımı olan perlit %080 karbon içeren ötekoid yapıdır. Çok yavaş soğuma koşullarında 723°C sıcaklıkta meydana gelen perlit yapıda yuvarlak taneli ya da lamelli olarak yer alabilir. Perlit oluşumu sırasında sıcaklık sabittir ve taneli türü 723°C sıcaklıkta tavlama ve çok yavaş soğutma ile elde edilebilir. Lamelli türü ise havada soğutma ile meydana gelir. Perlitin ortalama özellikleri şu şekilde sıralanabilir; sertlik 20 HRC, uzama 20 (inçte), çekme mukavemeti: 120.000 psi=827 MPa
Östenit
Östenit fazı, kübik yüzey merkezi şeklinde demir yapıda katı karbon çözeltisine sahiptir. Demir karbon denge diyagramında “γ” işaretiyle belirtilen bölgede meydana gelen östenit fazının 723°C’deki karbon çözünürlüğü ise %0,8’dir. Her cins çelikte 723°C’nin üzerinde yer alır. Çeliklerin sertleştirilmesi sırasında östenitleştirme aşamasında ulaşılan östenit fazının tane büyüklüğü ısıl işlem esnasında elde edilecek olan malzeme özellikleri üzerinde belirleyicidir. Östenit tane büyüklüğünü etkileyen etmenler; malzemenin kimyasal bileşimi, östenitleştirme sıcaklığı, ısıtma, soğutma ve bekletme süreleri
Martenzit
Martenzit yapısı östenitin hızla soğutulmasıyla oluşan aşırı doygun ve sert bir yapıdır. Martenzit yaklaşık 200-250°C arasında oluşmaktadır. Hızlı soğuma sonucunda meydana gelen martenzit yapı malzemenin içeriğinde yer alan karbon miktarına bağlıdır. Malzemenin sahip olduğu karbon oranına göre martenzitin başlama ve bitiş sıcaklıkları değişim gösterebilmektedir.
Beynit
Beynit, östenit fazından izotermal dönüşüm sonucu oluşan, sertliği perlit ve martensit yapıları arasında olan yapıdır. Beynit çelikler özellikle yaylar, çanak, tarım araçları, çayır bıçakları gibi aletlerin üretiminde tercih edilmektedir.