钢与铸铁是在机械制造中应用最为广泛的金属材料，尽管钢铁的种类多、成分各不相同，但其共同点是以铁和碳两种元素为主而组成的铁碳合金。Fe-Fe3C相图是表示在极其缓慢加热（或冷却）情况下，不同成分的铁碳合金在不同温度下具有的状态或组织的图形，在铁碳合金中，碳可以溶解在铁中形成固溶体，也可与铁组成化合物，而化合物与固溶体还可结合成机械混合物等，铁碳合金中出现以下几种基本组织。

①铁素体F是碳溶解于α-Fe品格间隙中形成的间隙固溶体，为体心立方晶格，含碳量愈低则铁素体的数量越多，碳在α-Fe中的溶解度室温时为0.005%，在727℃达到最大值为0.0218%。该组织的特点是强度、硬度低，而塑性和韧性高。

②奥氏体A是碳溶于γ-Fe的间隙式固溶体，为面心立方晶格，能溶解较多的碳，随着温度的提高，碳在γ-Fe中的溶解度增加，在727℃时为0. 77%，在1148℃时达到最大值2.11%。该组织的塑性很好，强度和硬度明显高于铁素体。

③渗碳体Fe3C是铁和碳形成的化合物，其含碳量为6.67%，晶体的结构复杂、硬度高、脆性大，熔点约为1227℃。通常而言，铁碳合金中，渗碳体硬而脆，因此合金成分中对渗碳体的数量有一定要求，来满足一般零件和刀具的需要。

④珠光体P是铁素体和渗碳体组成的混合物，其平均的含碳量为0. 77%，性能介于铁素体和渗碳体之间。根据铁素体和渗碳体的分布规律，珠光体分为片状珠光体和球状珠光体（或粒状珠光体），两者之间的性能有较大的差异，通常球状珠光体具有切削加工性好、热处理变形与开裂的倾向小等特点，因此工具钢要求淬火前的原始组织为球状珠光体组织。

⑤莱氏体Ld是奥氏体和渗碳体组成的机械混合物（共析体），为共晶转变产物，其含碳量为4. 3%，是以渗碳体为基体，特点是硬而脆，不能进行压力加工。