首先，如果要了解铁碳合金和铁碳相图，需要一些预备知识，如合金、相、组分组成等概念，基本有以下几个方面:
合金:一种金属元素与另一种或几种元素通过熔化或其他方法结合而形成的具有金属特性的物质。
相:合金中具有相同化学成分、相同聚集状态、被界面相互分离的均匀组分。
固溶体:一种固体金属晶体，其中一种(或几种)元素的原子(化合物)溶解到另一种元素的晶格中，同时仍保持另一种元素的晶格类型。固溶体分为间隙固溶体和置换固溶体。两种。
固溶体强化:溶质原子进入溶剂晶格的缝隙或连接处，使晶格变形，提高固溶体的硬度和强度。这种现象称为固溶强化。
金属化合物:合金各组分按一定比例相互作用形成的新相，其组成通常可用化学式表示。
铁碳合金相图实际上是Fe-Fe3C相图，铁碳合金的基本成分也应该是纯铁和Fe3C。铁发生同素异形体转变，即在固体状态下具有不同的结构。不同结构的铁和碳可以形成不同的固溶体，Fe-Fe3C相图上的固溶体均为间隙固溶体。由于α-Fe和γ-Fe晶格中孔隙的特征不同，两者的溶碳能力也不同。
铁碳合金中存在铁素体、奥氏体和渗碳体三种相。
1. 铁素体
铁素体是碳在α- fe中的间隙固溶体，用符号“F”(或α)表示，为体心立方晶格;
BCC的间隙虽然总体积很大，但单个间隙的体积很小，因此其溶解碳非常少，最多仅为0.0218%(在727℃时)，在室温下几乎为0。因此，铁素体的性能可与纯铁相媲美。类似，低硬度和高塑性，与铁磁性。
δ=30%~50%， AKU=128~160J， σb=180~280MPa, 50~80HBS。
铁素体的显微组织与纯铁相同。用4%硝酸醇溶液蚀刻后，在显微镜下出现明亮的多边形等轴颗粒。当含碳量接近共析组分时，铁素体由于含碳量少，在珠光体周围呈断续网状分布。
2. 奥氏体
奥氏体是碳在γ- fe中的间隙固溶体，用符号“A”(或γ)表示，为面心立方晶格;
FCC的间隙虽然总体积较小，但单间隙的体积较大，因此其溶碳量较大，在1148℃时可达2.11%，在727℃时可达0.77%。
一般来说，奥氏体是一种高温组织，稳定温度范围为727~1394℃。因此，奥氏体硬度低，塑性高。通常用于钢材料的热变形加工，如锻压、热轧等，应加热至奥氏体状态。所谓“趁热打铁”就是这个意思。σb=400MPa, 170~220HBS， δ=40%~50%。
此外，奥氏体还有另一个重要的性质，那就是它具有顺磁性，可用于不需要磁场的零件或元件。
奥氏体的组织与铁素体相似，但晶界较直，常出现孪晶。
3.渗碳体
渗碳体是一种由铁和碳组成的结构复杂的金属化合物。用化学式“Fe3C”表示。其碳质量分数Wc=6.69%，熔点为1227℃。
硬脆，耐腐蚀。用4%硝酸醇溶液蚀刻后，在显微镜下呈白色。如果用4%苦味酸溶液蚀刻，渗碳体就会呈深黑色。
渗碳体是钢中的一种强化相。根据形成条件的不同，渗碳体有条状、网状、片状、粒状等多种形态。
总结:
铁碳合金中存在铁素体、奥氏体和渗碳体三种相。但奥氏体一般只存在于高温下，所以所有铁碳合金在室温下都只有两相。铁素体和渗碳体。由于铁素体中的碳含量很少，因此可以认为铁碳合金中的大部分碳都存在于渗碳体中。这一点非常重要。
铁与碳可形成一系列化合物，如Fe3C、Fe2C、FeC等。唯一具有实际意义并被深入研究的部分是Fe-Fe3C部分，通常称为Fe-Fe3C相图。此时，相图的组分为Fe和Fe3C。
由于实际使用的铁碳合金含碳量小于5%，所以组成轴的范围为0 ~ 6.69%。所谓铁碳合金相图，其实就是Fe-Fe3C相图。
铁碳相图上的合金按成分可分为三类:
⑴工业纯铁(<0.0218% C)，其显微组织为铁素体晶粒，在工业上很少使用。
⑵碳钢(0.0218%-2.11%C)，其特点是高温组织为单相A，易变形，碳钢分为亚共析钢(0.0218%-0.77%C)、共析钢(0.77%C)和过共析钢(0.77%-2.11%C)。
⑶白口铸铁(2.11% ~ 6.69% c)铸造性能好，但硬脆。白口铸铁分为亚共晶白口铸铁(2.11% ~ 4.3% c)和共晶白口铸铁。铸铁(4.3%C)和过共晶白口铸铁(4.3-6.69%C)
相图分析
Fe-Fe3C相图看起来更复杂，但它仍然由一些基本相图组成。我们可以将Fe-Fe3C相图分成两部分进行分析。
共晶转变
在1148℃时，4.3%C液相发生共晶转变:
Lc (AE + Fe3C),
变换后的产物称为ledeburite，用符号Ld表示。
存在于1148℃~ 727℃之间的莱氏体称为高温莱氏体，用符号Ld表示，结构由奥氏体和渗碳体组成;存在于727℃以下的莱氏体称为变质莱氏体或低温莱氏体，用符号Ld -表示，其组织由渗碳体和珠光体组成。
低温莱氏体是由珠光体、Fe3CⅡ和共晶Fe3C组成的机械混合物。在4%硝酸醇溶液中蚀刻后，在显微镜下观察，珠光体以黑色颗粒或短棒的形式分布在Fe3C基体上，Fe3CⅡ与共晶Fe3C交织在一起，一般难以区分。
Eutistic转换
在727℃时，0.77%的奥氏体发生共析转变;
AS (F+Fe3C)，其转化产物称为珠光体。
共析转变与共晶转变的区别在于转变产物是固体而不是液体。
特征点
相图中应掌握的特征点有:A、D、E、C、G(点A3)、S(点A1)，必须明确其含义。根据相图，分析以下几点:
相图要点(14点):
1. 组分的熔点:A(0,1538)铁的熔点;D(6.69, 1227)为Fe3C的熔点
2. 同素异变点:N(0,1394) δ-Fe γ-Fe;G(0,912)γ-Fe α-Fe
3.碳在铁中的最大溶解度:
P(0.0218,727)，碳在α-Fe中的最大溶解度
E(2.11,1148)，碳在γ-Fe中的最大溶解度
H(0.09,1495)，碳在δ-Fe中的最大溶解度
Q(0.0008,RT)，碳在α-Fe中的溶解度
三相共存点:
S(共析点，0.77,727)，(A+F +Fe3C)
C(共晶点，4.3,1148)，(A+L +Fe3C)
J(包晶点，0.17,1495)，(δ+ A+L)
其他点
B(0.53, 1495)，包晶反应发生时液相的组成
F(6.69, 1148),渗碳体
K(6.69,727),渗碳体
特征线
相图中的一些线路应掌握:ECF线、PSK线(A1线)、GS线(A3线)、ES线(ACM线)
水平线ECF为共晶反应线。
碳质量分数为2.11% ~ 6.69%的铁碳合金在平衡结晶过程中发生共晶反应。
水平线PSK为共析反应线
对于碳质量分数为0.0218% ~ 6.69%的铁碳合金，在平衡结晶过程中发生共析反应。PSK线也被称为A1线。
GS线是合金冷却时F开始从A析出的临界温线，通常称为A3线。
ES线是碳在A中的固溶体线，通常称为Acm线。由于在1148℃时A的最大溶碳量可达2.11%，而在727℃时仅为0.77%，所以碳质量分数大于0.77%。当铁碳合金从1148℃冷却到727℃时，Fe3C会从A中析出，析出的渗碳体称为次生渗碳体(Fe3CII)。Acm线也是A温线析出Fe3CII的临界点。
PQ线是碳在F中的固溶体线，在727℃时，F中碳的最大溶出量可达0.0218%，常温下仅为0.0008%。因此，碳质量分数大于0.0008%的铁碳合金从727℃冷却到室温。在此过程中，Fe3C会从f中析出，析出的渗碳体称为第三系渗碳体(Fe3CIII)。PQ线也是Fe3CIII从f中析出的临界温线。Fe3CIII的量很小，经常被忽略。
阶段地区
1. 单相面积(4 + 1):L， δ， A, F， (+ Fe3C)
2.两相区(7):L + δ、L + Fe3C、L + A、δ + A、A + F、A + Fe3C、F + Fe3C。
