Oțelul este un aliaj de metale care constă în principal din fier și conține 0.2 până la 2.1 procente de carbon. Tot oțelul conține carbon, dar termenul „oțel carbon” se aplică în mod specific oțelului care conține carbon ca principal constituent de aliere. Oțelul cu carbon mediu este oțel carbon care conține între 0.30 și 0.60 la sută carbon. De asemenea, are un conținut de mangan între 0.6 și 1.65 la sută. Acest tip de oțel asigură un echilibru bun între rezistență și ductilitate și este comun în multe tipuri de piese din oțel.
Fierul este format dintr-o rețea cristalină de atomi de fier care permite atomilor să alunece unul pe lângă celălalt, făcând fierul pur relativ moale. Carbonul din oțel reduce această tendință, făcând oțelul cu carbon mediu mai dur decât fierul. Elemente suplimentare precum cromul, manganul, wolframul și vanadiul pot acționa și ca agenți de întărire în oțel. Proporția precisă a acestor elemente determină proprietățile specifice ale oțelului.
Carbonul suplimentar face oțelul mai dur, dar și mai casant, astfel încât fabricarea oțelului carbon necesită un echilibru între duritate și ductilitate. Cele mai frecvente utilizări ale oțelului cu carbon mediu sunt în mașinile grele, cum ar fi osii, arbori cotiți, cuplaje și roți dințate. Oțelul cu un conținut de carbon între 0.4 și 0.6 la sută este utilizat în mod obișnuit în industria căilor ferate pentru a face osii, șine și roți.
Tratarea oțelului cu carbon mediu cu căldură modifică semnificativ proprietățile mecanice, cum ar fi ductilitatea, duritatea și rezistența. Tratamentul termic al oțelului afectează ușor alte proprietăți, cum ar fi capacitatea sa de a conduce căldura și electricitatea. Există o varietate de metode pentru tratarea oțelului cu căldură.
Conținutul de carbon și mangan al oțelului cu carbon mediu face ca călirea și călirea să fie cea mai comună metodă de tratament termic pentru acest tip de oțel. Acest proces implică, în general, încălzirea repetată a oțelului la mai puțin de 1,333°F (aproximativ 723°C) și răcirea lui rapidă prin stingerea lui într-un lichid cum ar fi uleiul sau apa. Temperatura și timpul acestui proces permit producătorului să controleze cu precizie proprietățile finale ale oțelului.
Cementarea este un proces de călire a oțelului care afectează numai exteriorul oțelului. Acest lucru produce un exterior dur, rezistent la apă, cu un interior mai ductil. Oțelul carbon este adesea călit, deoarece este dificil să se întărească complet o piesă groasă de oțel carbon. Oțelul cu mai mulți agenți de aliere decât cel al oțelului cu carbon mediu are o capacitate mai mare de a fi călit și este posibil să nu fie necesar să fie călit.