En el diagrama de equilibro, o de fases, Fe-C se representan las transformaciones que
sufren los aceros al carbono con la temperatura, admitiendo que el calentamiento (o
enfriamiento) de la mezcla se realiza muy lentamente de modo que los procesos de
difusión (homogeneización) tienen tiempo para completarse. Dicho diagrama se obtiene
experimentalmente identificando los puntos críticos —temperaturas a las que se
producen las sucesivas transformaciones— por métodos diversos.

Microconstituyentes
El hierro puro presenta tres estados alotrópicos a medida que se incrementa la
temperatura desde la ambiente:
* Hasta los 911 °C, el hierro ordinario, cristaliza en el sistema cúbico centrado
en el cuerpo (BCC) y recibe la denominación de hierro a o ferrita. Es un material
dúctil y maleable responsable de la buena forjabilidad de la aleaciones con bajo
contenido en carbono y es ferromagnético hasta los 770 °C (temperatura de Curie a la
que pierde dicha cualidad). La ferrita puede disolver muy pequeñas cantidades de
carbono.

* Entre 911 y 1400 °C cristaliza en el sistema cúbico centrado en las caras (FCC)
y recibe la denominación de hierro ? o austenita. Dada su mayor compacidad la
austenita se deforma con mayor facilidad y es paramagnética.
* Entre 1400 y 1538 °C cristaliza de nuevo en el sistema cúbico centrado en el
cuerpo y recibe la denominación de hierro d que es en esencia el mismo hierro alfa
pero con parámetro de red mayor por efecto de la temperatura.
A mayor temperatura el hierro se encuentra en estado líquido.
Si se añade carbono al hierro, sus átomos podrían situarse simplemente en los
instersticios de la red cristalina de éste último; sin embargo en los aceros aparece
combinado formando carburo de hierro (Fe3C), es decir, un compuesto químico definido
y que recibe la denominación de cementita de modo que los aceros al carbono están
constituidas realmente por ferrita y cementita.