在金属材料学领域，铁碳合金是一个核心概念，它涵盖了工业生产中常见的两种类型：碳钢和铸铁。碳钢的碳含量范围广泛，从0.0218%至2.11%，其中共析钢含碳量为0.77%，亚共析钢在0.0218%至0.77%之间，而过共析钢则在0.77%至2.11%。铸铁的碳含量则高于这个范围，如共晶白口铁含碳量高达4.3%，亚共晶白口铁在2.11%至4.3%之间，而过共晶白口铁则为4.3%至6.69%，但超过6.69%的合金则因脆性过大，实用价值有限。
铁碳合金相图是研究者们探索这一复杂体系的关键工具，它描绘了成分、温度与组织性能之间的关系，对于制定热加工工艺至关重要。例如，纯铁在室温下主要为α-Fe，具有低强度和良好塑性；碳则以三种形式存在于合金中，包括渗碳体Fe3C，这是一种硬度极高但脆性的金属化合物，以及在铁素体和奥氏体晶格中的间隙固溶体。
铁素体（F或α）是C在α-Fe中的间隙固溶体，体心立方晶格，虽然强度和硬度较低，但塑性和韧性优良。奥氏体（A或γ）则是在γ-Fe中形成的间隙固溶体，具有良好的塑性，是热加工过程中的主要相。20号钢的金相组织图谱中，可以看到碳在各种相中的分布，如片状、网状或球状的渗碳体，这些都会显著影响钢的性能特性。
指金属组织中化学成分、晶体结构和物理性能相同的组成，其中包括固溶体、金属化合物及纯物质。