Sivo željezo je najčešće korištena legura lijevanog željeza. Kada se sivo željezo razbije, može otkriti sivu boju po kojoj je dobilo ime. Ova boja je rezultat prisustva grafita u leguri. Prisutnost grafita rezultat je određenih omjera ugljika i silicija u leguri, što pomaže u olakšavanju formiranja onoga što je poznato kao grafitna mikrostruktura. Sivo željezo je relativno jeftina legura koja se naširoko koristi u lijevanju svega, od blokova motora do posuđa.
Za stvaranje sivog željeza, legura mora sadržavati oko 2.5 do 4 posto ugljika i 1 do 3 posto silicija. Prisutnost ugljika i silicija u tim omjerima omogućuje leguri da formira grafitnu mikrostrukturu po kojoj je poznata. Grafit je heksagonalno kristalizirani alotrop ugljika, pa je prisutnost ugljika neophodna da bi se grafit uopće mogao formirati. Međutim, silicij u leguri je neophodan da djeluje kao sredstvo za stabilizaciju grafita. Legura s nižim sadržajem silicija može omogućiti stvaranje željeznih karbida umjesto grafita, osobito ako se legura brzo ohladi, što umjesto toga rezultira takozvanim bijelim željezom.
Sivo željezo ima manju vlačnu čvrstoću od čelika, iako je njegova tlačna čvrstoća slična. Jeftiniji je za proizvodnju od čelika, što ga čini korisnim u aplikacijama gdje vlačna čvrstoća nije kritično važna. To je dovelo do toga da je sivo željezo najčešće korištena legura lijevanog željeza.
Prisutnost grafita u leguri doprinosi njenoj lakoj obradi. To je zbog prirode podmazivanja grafitnih pahuljica prisutnih u leguri. Grafit također može pomoći u otpornosti na habanje i habanje, dok prisutnost silicija može pomoći u otpornosti na koroziju.
Postoji nekoliko različitih vrsta sivog željeza, od kojih svaka ima različitu vlačnu i tlačnu čvrstoću. U Sjedinjenim Državama te su ocjene definirane brojevima koji odgovaraju količini vlačne čvrstoće koju materijal ima. Dakle, sivo željezo razreda 20 moralo bi imati minimalnu vlačnu čvrstoću od 20 kilo-funta po kvadratnom inču (KSI) ili 20,000 funti-sile po kvadratnom inču (PSI) (oko 6,894 kilopaskala). Čvrstoća na pritisak raste zajedno s vlačnom čvrstoćom, tako da će legura višeg stupnja također imati veću tlačnu čvrstoću od legure nižeg stupnja. Legure višeg stupnja sadrže manje ugljika od legura nižeg stupnja, a također su krhke.