工業純鐵雖然塑性較好，但強度較低，所以很少用它制造機械零件，常用的是鐵碳合金。鐵碳合金中的相結構有以下幾種。

(1)鐵素體。純鐵在912℃以下具有體心立方晶格。碳溶于α- Fe中的間隙固溶體稱為鐵素體，用符號F表示。由于是體心立方品格間隙的直徑很小，因而溶碳能力差，在727℃時溶碳量最大（wc=0.0218%）；隨著溫度下降，溶碳量逐漸減少，在600℃時溶碳量約為wc=0.0057%，因此其室溫時的性能幾乎與純鐵相同，數值如下：

抗拉強度σb    180~280MPa

屈服點σs    100~170MPa

伸長率δ    30%~50%

斷面收縮率ψ    70%～80%

沖擊韌度αK    160~200J/cm²

硬度    ~80HBW

由此可見，鐵素體的強度、硬度不高，但具有良好的塑性和韌性。

鐵素體在770℃以下具有鐵磁性，在770℃以上則失去鐵磁性。

(2)奧氏體。碳溶于γ- Fe中的間隙固溶體稱為奧氏體，以符號A表示。由于γ- Fe是面心立方晶格，它的致密度雖然高于體心立方晶格的α- Fe，但由于其晶格間隙的直徑要比α- Fe大，故溶碳能力也較大。在1148℃時，溶碳能力最大（wc=2.11%）；隨著溫度下降，溶碳量逐漸減少，在727℃時的溶碳量為wc=0.77%。

奧氏體的性能與其溶碳量及晶粒大小有關，一般奧氏體的硬度為170~ 220HBW，伸長率為40%～50%，因此，奧氏體的硬度較低而塑性較高，易于鍛壓成形。

奧氏體存在于727℃以上的高溫范圍內。奧氏體為非鐵磁性相。

(3)滲碳體。滲碳體的分子式為Fe₃C，它是一種具有復雜品格的間隙化合物。

滲碳體的wc=6.69%，熔點是1227℃；不發生同素異構轉變；但有磁性轉變，它在230℃以下具有弱鐵磁性，而在230℃以上則失去鐵磁性；硬度很高(950～1050HV)，而塑性和韌性幾乎為零，脆性極大。

滲碳體中碳原子可被氮等小尺寸原子置換，而鐵原子則可被其它金屬原子（Cr、Mn等）置換。這種以滲碳體為溶劑的固溶體稱為合金滲碳體，如(Fe，Mn)3C，(Fe，Cr) 3C等。

滲碳體在鋼和鑄鐵中與其它相共存時呈片狀、球狀、網狀或板狀。滲碳體是碳鋼中主要的強化相，它的形態和分布對鋼的性能有很大影響。同時，滲碳體在一定條件下會發生分解，形成石墨狀的自由碳。