Цементи́т, карбид железа, химическое соединение с формулой Fe3C; концентрация углерода 6, 67% по массе — предельная для железоуглеродистых сплавов. Цементит имеет орторомбическую кристаллическую решетку, в которой атомы железа образуют плотную упаковку, а атомы углерода внедрены между атомами железа. В легированном цементите атомы легирующей примеси (растворенного в нем металла) частично замещают атомы железа; такой цементит имеет формулы типа (Fe, Mn)3C и (Fe, Cr)3C.
Цементит — метастабильная фаза; так называемая фаза внедрения, для которой характерна большая доля как ковалентной, так и металлической связи. Цементит является фазовой и структурной составляющей железоуглеродистых сплавов, составной частью ледебурита, перлита, сорбита, троостита и продуктов отпуска стали. В сталях выделяется при охлаждении аустенита или при нагреве мартенсита. В разных количествах, в зависимости от концентрации, присутствует в железоуглеродистых сплавах уже при малых содержаниях углерода. Формируется в процессе кристаллизации из расплава чугуна. Цементит очень тверд и хрупок, слабо магнитен до 210 °С. В зависимости от условий кристаллизации и последующей обработки цементит может иметь различную форму: могут наблюдаться равноосные зерна, сетки по границам зерен, пластины, а также видманштеттова структура (разновидность металлографической структуры сплавов, которая отличается геометрически правильным расположением элементов структуры в виде пластин или игл внутри составляющих сплав кристаллических зёрен).
Цементит непластичен, способен только к небольшим упругим деформациям. Это неустойчивое соединение, при высоких температурах разлагается на графит и аустенит. При определенных условиях он может распадаться с образованием свободного углерода в виде графита и железа — на феррит и графит. Этот процесс имеет практическое значение для высокоуглеродистых сплавов — чугунов. Цементит образует твердые растворы замещения, в которых углерод замещается неметаллами (кислородом, азотом), а железо — металлами (марганцем, хромом, вольфрамом). Такие твердые растворы называют легированным цементитом. Сплавы на основе цементита в чистом виде не используют. Чем больше цементита в железоуглеродистом сплаве, тем выше его твердость, и меньше пластичность. Различают первичный цементит — кристаллизуется непосредственно из жидкого раствора системы Fe–C, вторичный цементит — продукт распада аустенита и третичный цементит — продукт распада феррита.