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L'acciaio è una lega ferrosa composta principalmente da ferro e carbonio, quest'ultimo in percentuale non superiore al 2,06%; oltre tale limite, le proprietà del materiale cambiano e la lega assume la denominazione di ghisa.

Una lega è una combinazione in soluzione o in miscela di due o più elementi di cui almeno uno è un metallo, e il cui materiale risultante ha proprietà metalliche differenti da quelle dei relativi componenti. Una lega con due componenti è denominata "binaria"; una con tre è una lega ternaria e una con quattro è una lega quaternaria. Le leghe sono ideate solitamente per avere proprietà più desiderabili di quelle dei loro componenti. Per esempio l'acciaio (lega ferro-carbonio) ha una resistenza meccanica maggiore del ferro, il suo componente principale, e l'ottone (lega rame-zinco) è più duro del rame e più lucente dello zinco. Diversamente dai metalli puri, molte leghe non hanno un singolo punto di fusione ma attraversano un intervallo di fusione in cui il materiale è una miscela di fase solida e liquida. La temperatura in cui comincia la fusione è denominata solidus e quella in cui la fusione è completa è denominata liquidus. Leghe speciali possono tuttavia essere progettate con un singolo punto di fusione: queste sono definite eutettiche. A volte una lega è designata con il nome del metallo più importante: l'oro a 14 carati è una lega di oro con altri elementi; lo stesso accade per l'argento usato in gioielleria e per l'alluminio usato nelle strutture. In una lega si possono avere casi diversi in base alle azioni mutue fra gli atomi: soluzione solida disordinata se atomi diversi si attraggono con la stessa forza di quanto si attraggono atomi uguali. Ne consegue una distribuzione atomica casuale in un reticolo cristallino omogeneo; soluzione solida ordinata se atomi diversi si attraggono con forze maggiori rispetto le forze di attrazione tra atomi uguali; composto intermetallico se atomi diversi hanno elettronegatività marcatamente differente e la struttura acquista quindi alcune caratteristiche proprie di un composto chimico; nel caso limite in cui un componente sia così elettronegativo da realizzare un composto ionico (per esempio non metalli come S8, O2, Cl2), si ha un composto chimico e non una lega; lega eutettica se atomi uguali si attraggono maggiormente che atomi diversi e quindi nascono alternanze di cristalli dell'una e dell'altra specie. Chiamate A e B le due specie atomiche della lega eutettica, la solubilità dell'atomo B nel reticolo cristallino di A (e viceversa) é estremamente bassa: la lega eutettica è costituita da due fasi.