鐵合金材料是多種金屬材料混合物，我們知道純鐵是一種軟質材料，一般不能用作工程材料;將鐵金屬強化和轉化為鋼的主要方法是加入少量的碳。在固態鋼中，碳通常有兩種形式。它要么是奧氏體和鐵素體的固溶體，要么是碳化物。碳化物的形式可以是鐵碳化物，也可以是合金元素如鈦的碳化物。另一方面，在灰鑄鐵中，由于硅的存在抑制了碳化物的形成，碳以石墨片或簇的形式出現。

鐵碳平衡圖最能說明碳的影響。A-B-C線表示液相點(即，表示鐵液開始凝固的溫度，H-J-E-C線表示固相點完成凝固的固相點。A-B-C曲線表明，隨著鐵熔體含碳量的增加，凝固溫度降低。這就解釋了為什么含碳量超過2%的灰鑄鐵的加工溫度要比鋼低得多。例如,鋼液含有0.77%的碳含量開始凝固在1475°C和完全固體在1400°C。

從這個角度鐵晶體都是排列并包含固溶中的所有碳。進一步冷卻，在約727°C(1341°F)時發生戲劇性變化，奧氏體晶體轉變為由鐵素體和碳化鐵交替組成的精細片狀結構。這種微觀結構稱為珠光體，這種變化稱為共晶轉變。珍珠巖的鉆石金字塔硬度約為每平方毫米200公斤力，而純鐵的DPH為每平方毫米70公斤力。

碳含量較低的冷卻鐵合金材料，例如，0.25%產生的微結構中含有大約50%的珠光體和50%的鐵素體;它比珠光體更柔軟，DPH約為130。例如，碳含量超過0.77%的鋼，其微觀結構中含有珠光體和滲碳體;它比珠光體堅硬，DPH可能為250。對于許多鐵合金材料來說，碳元素的加入讓這些鐵合金材料擁有更多的物理性能。