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El carbono es el elemento de aleación capaz de hacer variar más profundamente las propiedades del hierro, aún encontrándose en la aleación en una proporción muy pequeña. Resulta así que, convertido el carbono en el elemento de aleación más importante, el diagrama de equilibrio hierro-carbono adquiere una extraordinaria importancia en el estudio y utilización de las distintas aleaciones tecnológicas del hierro. El diagrama de fases hierro-carbono es el “mapa” que indica cómo, cuándo y en qué condiciones debe realizarse un tratamiento térmico y los resultados que deben esperarse del mismo. A partir del diagrama puede predecirse por ejemplo el tipo de constituyente mayoritario que tendrá la aleación en función de la temperatura y del contenido (%) de carbono; conocidos los constituyentes pueden predecirse entonces las propiedades que tendrá dicha aleación.
El diagrama de fases Fe-Fe3C de la figura 3.1 muestra las fases presentes en las aleaciones de hierro-carbono enfriadas muy lentamente, a varias temperaturas y composiciones de hierro con porcentajes de carbono de hasta el 6,67%. Este diagrama de fases no es un diagrama de equilibrio verdadero ya que el compuesto carburo de hierro (Fe3C) no es una verdadera fase de equilibrio. En ciertas condiciones, el Fe3C - llamado cementita – puede descomponerse en las fases estables de hierro α y carbono (grafito). Sin embargo, en la mayor parte de las condiciones, el Fe3C es muy estable y, por tanto, puede considerarse en la práctica como una fase de equilibrio.
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