Na strukturę szarego żeliwa składa się osnowa metaliczna ferrytyczna, ferrytyczno-perlityczna lub perlityczna i grafit w płatkowej postaci. Żeliwa szare dzieli się wg odporności na rozciąganie Rm (w MPa) w zakresie między 100 a 350 MPa (co 50 MPa). W znaku żeliwa ta wartość jest podawana po literach ZL (np. Al200). Przewężenia i wydłużenia dla takich żeliw nie są podawane, gdyż ich wartość jest wynosi około zera. Żeliwo oznaczone przez ZLX jest żeliwem handlowym bez zagwarantowanej wytrzymałości przeznaczonym na odlewy o niewielkim obciążeniu mechanicznym w czasie eksploatacji. Korzyści z zastosowania żeliw szarych: dobra skrawalność, łatwość odlewania złożonych kształtów w formach metalowych lub piaskowych, duża możliwość tłumienia drgań, dobra wytrzymałość żeliw, niewielka rozszerzalność cieplna, mały koszt wytwarzania, dobra wytrzymałość na ścieranie, małą ciągliwość. Natomiast do wad żeliw szarych zaliczamy: małą udarność, małą wytrzymałość na ich rozciąganie w porównaniu do wytrzymałości na ściskanie. Poza tym odlewy żeliwne posiadać mogą niejednorodną strukturę, zależną od grubości ściany, jamy skurczowe i porowatość. Odlewy metalowe - kokilowe posiadają naprężenia wewnętrzne i dlatego należy poddawać je odprężaniu. Przeznaczenie: rury kanalizacyjne, kraty ogrodzeniowe, zasuwy, odważniki, płyty kuchenne, pokrywy kanałowe, rondle, zlewy, tłoki, tuleje, odlewy armaturowe, wielkie wały korbowe, kolejnictwo, części maszyn rolniczych. W skład żeliwa szarego wchodzi węgiel przede wszystkim w wolnej postaci jako grafit oraz związanej częściowo pod postacią cementytu w perlicie. Poza grafitem i osnową metaliczną w żeliwach tych znajdują się fazy zawierające siarkę i fosfor. Swoją nazwę zawdzięcza szarej barwie przełomu spowodowanej przez zawartość w strukturze wolnego węgla. Biorąc pod uwagę strukturę metalicznej osnowy żeliwa z grafitem możemy wyróżnić żeliwa: perlityczne, mające strukturę perlitu z częściową zawartością grafitu, ilość węgla w perlicie to ok. 0,77%, toteż zawartość węgla związanego jest równa 0,77%, zaś reszta występuje pod postacią węgla w wolnym stanie, czyli grafitu; perlityczno-ferrytyczne, mające strukturę ferrytu z zawartością grafitu, zawartość węgla związanego w tych żeliwach wynosi mniej niż 0,77 %; ferrytyczne, o osnowie metalicznej z ferrytu, zawierającego 0,008% węgla, co powoduje, że prawie cała zawartość węgla w stopie występuje w postaci grafitu. W żeliwach grafit występuje pod trzema różnymi postaciami: płatkową, w żeliwach szarych; postrzępioną lub zwartą, w żeliwach ciągliwych; kulkową, w żeliwach sferoidalnych.
Stal - to stop żelaza i węgla, zawierający do 2% węgla, oraz innych pierwiastków, przerobiony cieplnie i plastycznie, który jest uzyskany w czasie procesu stalowniczego. Stale stopowe - to stopy żelaza i węgla oraz dodatkowo wprowadzonych pierwiastków stopowych, aby nadać im wymagane własności wytrzymałościowe, fizyczne i technologiczne lub chemiczne. Najczęściej stosowane pierwiastki stopowe to: krzem, mangan, nikiel, chrom, molibden, wolfram, tytan, wanad, aluminium, chrom i kobalt. Poziom pierwiastka stopowego w stali może wynosić od 0,01% do nawet kilkudziesięciu procent. Oddziaływanie tego dodatku na określone własności stali decyduje o zawartości pierwiastka. Biorąc pod uwagę całkowitą zawartość stopowych pierwiastków, możemy wyróżnić następujące stale stopowe: niskostopowe, zawierające jeden pierwiastek, poza węglem, o zawartości mniejszej niż 2% i o sumie wszystkich pierwiastków nie przekraczającej 3,5 %; średniostopowe, zawierające jeden pierwiastek, poza węglem, o zawartości wyższej niż 2,0 %, ale niższej od 8%, lub sumie zawartości wszystkich pierwiastków niższej od 12%; wysokostopowe, zawierające jeden pierwiastek, poza węglem, o zawartości wyższej niż 8% lub też o sumie zawartości wszystkich stopowych pierwiastków poniżej 55%.
Stal stopowa konstrukcyjna jest wykorzystywana w budownictwie, konstrukcji urządzeń i maszyn w temperaturze: 25 - 300oC. Wykonane z tej stali elementy mogą pracować w otoczeniu o małym działaniu korozyjnym. Wybór tych stali najczęściej jest dokonywany na podstawie właściwości wytrzymałościowych. W obciążeniach statycznych to kryterium mogą stanowić: granica sprężystości: Rsp, granica plastyczności: Re. W obciążeniach zmęczeniowych przyjmuje się za kryterium granicę zmęczeniową: Zg. W szczególnych przypadkach za kryterium przyjmuje się wytrzymałość na ścieranie. Stal stopowa do ulepszania cieplnego jest bardzo szeroko stosowana w przemyśle mechanicznym, robi się z niej ważne i wysoko obciążone części konstrukcji maszyn, pojazdów mechanicznych, silników, przeważnie w większych przekrojach, w przypadku których nie można zastosować stali węglowej, ponieważ ma ona małą hartowność. Stal ta posiada najkorzystniejsze własności plastyczne i wytrzymałościowe uzyskane podczas obróbki cieplnej hartowania oraz wysokiego odpuszczania, nazywanej " cieplnym ulepszaniem ".
Stal do nawęglania. Nawęglanie to operacja stosowana w celu otrzymania części o twardej i odpornej na ścieranie powierzchni o ciągliwym rdzeniu. Stal ta stanowi najliczniejszą grupę w przypadku stali stopowych konstrukcyjnych. Charakteryzują się one: wytrzymałością na przegrzanie, wysoką skrawalnością, wysokimi wytrzymałościowymi własnościami nawęglonej powierzchni, wysoką ciągliwością rdzenia, hartownością odpowiednią do obróbki. Stal stopowa do nawęglania zawiera stosunkowo niewielką ilość węgla: 1,5 do 0,20 % i zwykle od 1 do 2 % chromu. Dodatkowo zależnie od gatunku są stosowane dodatki Mn, Mo, Ni, lub niekiedy Ti, W, V. Dodatki Ni, Mn i Cr w stali do nawęglania powodują zwiększenie hartowności, zapewniając odpowiednie wytrzymałościowe właściwości rdzenia oraz zmniejszenie hartowniczych naprężeń w nawęglonej warstwie. Stal stopowa do nawęglania jest poddawana hartowaniu w temp.: od 840 do 880oC w oleju lub wodzie. Następnie przeprowadzana jest operacja odpuszczania w temperaturze wynoszącej 200oC. Po dokonaniu cieplnej obróbki wytrzymałość tych stali wynosi do 700 do 1230 MPa i wzrasta razem z poziomem pierwiastków stopowych. Co się zaś tyczy twardości powierzchni nawęglonej, to wynosi ona ponad 60 HRC. Najgorsze własności rdzenia posiada stal chromowo-manganowa i chromowa. Stal chromowo-manganowo-molibdenowa oraz chromowo-molibdenowa jest wykorzystywana do elementów, wymagających dobrych własności plastycznych oraz wysokich właściwości wytrzymałościowych. Najwyższe właściwości wytrzymałościowe oraz wysokie własności plastyczne mają elementy nawęglane, których składnikiem jest stal chromowo-niklowa z dodatkami: W i Mo.
Stal odporna na korozję dzieli się na trzy grupy: stal wysokochromową, stal trudno rdzewiejącą, stal chromowo-niklową oraz chromowo-niklowo-manganową. Trudno rdzewiejąca stal, o wytrzymałości na korozję jedynie niewiele większej od stali węglowej, zawieraj 0,1 % węgla, a także dodatki 1do 3 % pasywującego chromu oraz 0,5% miedzi, która tworzy na powierzchni pasywującą warstewkę złożoną z węglanów i siarczanów miedzi. Do stali tej wprowadzane są również w niewielkich stężeniach Ni, Al i P. Stal ta znajduje zastosowanie przede wszystkim jako stal spawalna, pracująca w środowisku atmosfery morskiej oraz przemysłowej. Stal wysokochromowa mająca strukturę ferrytyczną, ferrytyczno-martenzytyczną lub martenzytyczną jest odporna przede wszystkim na chemiczna korozję oraz na utlenianie w powietrzu, wodzie naturalnej i parze wodnej w niskiej oraz w wysokiej temperaturze, na oddziaływanie zimnych alkalicznych roztworów, rozcieńczonych soli i kwasów, z wyjątkiem jodków i chlorków oraz na reakcję ropy naftowej, olejów, alkoholi, paliw oraz środków spożywczych. Stal chromowo-niklowa oraz chromowo-niklowo-manganowa, o austenitycznej strukturze jest odporna przede wszystkim na korozję elektrochemiczną w otoczeniu kwasów organicznych i nieorganicznych, roztworów soli, związków azotu i agresywnych substancji spożywczych. Stal wysokochromowa odporna na korozję. Najważniejszym dodatkiem stopowym w stali odpornej na korozję jest chrom. Jego stężenie większe od 13 % spowoduje redukcję poniżej zera potencjału standardowego Fladego wobec wartości - 0,63 V, która odpowiada czystemu żelazu. Stop żelaza o stężeniu wyższym niż 13 % chromu wykazuje więc dużą skłonność do tworzenia pasywnych warstw, o trwałości wyższej niż tworzonych na żelazie czystym. Ma to wpływ na znaczną odporność na korozję wysokochromowego stopu żelaza. W przypadku stężeń większych niż 12% chromu w stopie Fe-Cr trwały jest ferryt w zakresie miedzy temperaturą pokojową, a temperaturą solidusu. Węgiel spowoduje przesunięcie zakresu obecności austenitu przy dużym stężeniu chromu, zwiększając w ten sposób wielkość obszaru dwufazowego α + γ. Stal o stężeniu 13 lub 17 % chromu, w przypadku stężeń węgla większych od: 0,05 i 0,1%, w wysokiej temperaturze ma dwufazową strukturę α + γ, a w przypadku jeszcze większego stężenia węgla ma jednofazową strukturę γ. W stali o stężeniu wynoszącym 17 % chromu obszar γ poszerzony może być po wprowadzeniu 2 % niklu. Obecność austenitu w wyższej temperaturze umożliwia hartowanie tej stali po schłodzeniu w powietrzu, aby uzyskać strukturę martenzytyczną, a następne jej odpuszczanie. Stal o niewielkim stężeniu węgla ulega wyżarzaniu gdy temperatura wynosi od 750 do 800°C , a chłodzenie jest bardzo wolne razem z piecem. Stal ta wykazuje ferrytyczną strukturę, a jej wytrzymałość na korozję jest wyższa niż stali o martenzytycznej strukturze, jednak przy niższych właściwościach wytrzymałościowych. Na skutek obecności węgla w stali o ferrytycznej strukturze zazwyczaj występują węgliki, ulęgające w wysokiej temperaturze rozpuszczeniu w stałym roztworze. Sprzyja to powstaniu małej ilości austenitu, ulegającemu następnie przeobrażeniu w martenzyt w czasie chłodzenia. Powoduje to zmniejszenie plastyczności i spawalności tej stali, co spowoduje pęknięcia. Aby uniknąć tego zjawiska do tej stali jest dodawany Ti w stężeniu ok. pięciokrotnie większym od stężenia łącznego N i C. Węgliki tytanu zachowują trwałość do dużo wyższej temperatury: 1150°C. Uniemożliwia to tworzenie się austenitu w czasie obróbki cieplnej. Niektóre gatunki stali o ferrytycznej strukturze zawierają także dodatek 0,1 do 0,3% glinu, który stabilizuje ferryt, co także zapobiega niekorzystnemu wytwarzaniu się austenitu w czasie obróbki cieplnej.
Stal chromowo-niklowa odporna na korozję. Dużą oporność na elektrochemiczną korozję wykazują stopy i stale jednofazowe. W wyniku dodania ponad 8% niklu do stali zawierających ponad 18% chromu stale te we wszystkich zakresach temperatury będą wykazywały strukturę austenitu. Stal o strukturze austenitycznej ma wyższe właściwości mechaniczne. Większa wytrzymałość na korozję oraz mniejsza skłonność do wzrostu ziaren niż stal o ferrytycznej strukturze. W stali chromowo-niklowej o typie 18-8 zmniejsza się rozpuszczalność w austenicie węgla wraz ze zmniejszeniem się temperatury i wynosi w pokojowej temperaturze 0,04%. Zmniejszaniu się rozpuszczalności węgla w austenicie towarzyszy wytrącanie się węglików. Strukturę jednofazową austenitu o wysokiej wytrzymałości na korozję bez wytrącania węglików stal uzyska na skutek przesycania w wodzie od temperatury wynoszącej 1100°C. Jeżeli tak obrobiona stal ponownie nagrzeje się do temperatury wyższej niż 500°C (np. podczas pracy lub spawania) następuje wytrącanie się węglików chromu pod postacią siatki, często przerywanej na granicach ziaren, a przy spawaniu - w obszarze wpływu ciepła. Ten proces związany jest z dechromizacją obszarów bliskich granicom ziaren austenitu oraz z korozją międzykrystaliczną. Jeśli temperatura wynosi 500°C to szybkość dyfuzji chromu jest dużo mniejsza niż szybkość dyfuzji węgla. Węgiel, który tworzy węgliki pochodzi zatem z powierzchni całego ziarna, zaś Gr - z powierzchni przyległych do granic ziarna. Może to spowodować lokalne zmniejszenie stężenia chromu poniżej o 12%. W wyniku tego następuje intensywne zwiększenie potencjału Fladego stali miejscach, wymienionych wcześniej i spowoduje jej uwrażliwienie na działanie elektrochemicznej korozji, która przebiega na granicach ziaren. Szybkość dyfuzji chromu w temperaturze 650°C jest dużo większa niż w temperaturze niższej i dlatego też korozja międzykrystaliczna nie zachodzi po dojściu do tej temperatury. Podobnie wpływa spore przedłużenie nagrzewania stali, nawet jeśli zachodzi w dość niskiej temperaturze wynoszącej około 500°C. Podatność na międzykrystaliczną korozję jest zależna od: czasu i temperatury wygrzewania, stężenia C w roztworze, co przedstawić możemy na schemacie CTW, który wygląda podobnie jak wykresy CTP. Stal chromowo-niklowo-manganowa.
Ze względu na deficyt niklu stosuje się w jego miejsce odporną korozję stal chromowo-niklowo-manganową o austenitycznej strukturze. Aby ustabilizować austenit oraz rozdrobnić ziarna do stali tej dodaje się oprócz tego od 0,1 do 0,3% azotu. Stal ta ustępuje nieco pod względem wytrzymałości na korozję stali chromowo-niklowej. Jest stosowana na aparaturę chemiczną, która pracuje pod ciśnieniem w niższej temperaturze. W środowisku, takim jak roztwór kwasu octowego, mlekowego i innych, które występują w sokach owocowych. Stal Cr-Ni-Mn wykazuje dobrą wytrzymałość na korozję. Toteż ze stali tej wykonywane są aparaty do przerabiania mleka i jego przetworów, maszyny wykorzystywane w przetwórstwie warzywno-owocowym, a także inne urządzenia przemysłu spożywczego.
