鋼與鑄鐵是在機械制造中應用最為廣泛的金屬材料，盡管鋼鐵的種類多、成分各不相同，但其共同點是以鐵和碳兩種元素為主而組成的鐵碳合金。Fe-Fe3C相圖是表示在極其緩慢加熱（或冷卻）情況下，不同成分的鐵碳合金在不同溫度下具有的狀態或組織的圖形，在鐵碳合金中，碳可以溶解在鐵中形成固溶體，也可與鐵組成化合物，而化合物與固溶體還可結合成機械混合物等，鐵碳合金中出現以下幾種基本組織。

①鐵素體F是碳溶解于α-Fe品格間隙中形成的間隙固溶體，為體心立方晶格，含碳量愈低則鐵素體的數量越多，碳在α-Fe中的溶解度室溫時為0.005%，在727℃達到最大值為0.0218%。該組織的特點是強度、硬度低，而塑性和韌性高。

②奧氏體A是碳溶于γ-Fe的間隙式固溶體，為面心立方晶格，能溶解較多的碳，隨著溫度的提高，碳在γ-Fe中的溶解度增加，在727℃時為0. 77%，在1148℃時達到最大值2.11%。該組織的塑性很好，強度和硬度明顯高于鐵素體。

③滲碳體Fe3C是鐵和碳形成的化合物，其含碳量為6.67%，晶體的結構復雜、硬度高、脆性大，熔點約為1227℃。通常而言，鐵碳合金中，滲碳體硬而脆，因此合金成分中對滲碳體的數量有一定要求，來滿足一般零件和刀具的需要。

④珠光體P是鐵素體和滲碳體組成的混合物，其平均的含碳量為0. 77%，性能介于鐵素體和滲碳體之間。根據鐵素體和滲碳體的分布規律，珠光體分為片狀珠光體和球狀珠光體（或粒狀珠光體），兩者之間的性能有較大的差異，通常球狀珠光體具有切削加工性好、熱處理變形與開裂的傾向小等特點，因此工具鋼要求淬火前的原始組織為球狀珠光體組織。

⑤萊氏體Ld是奧氏體和滲碳體組成的機械混合物（共析體），為共晶轉變產物，其含碳量為4. 3%，是以滲碳體為基體，特點是硬而脆，不能進行壓力加工。