鐵是具有同素異構的金屬。低于912℃時，Fe呈體心立方晶格（α-Fe），在912～1 394℃時，Fe呈面心立方晶格（γ-Fe），在1 394～15 383℃時，Fe又呈體心立方晶格（δ-Fe）。鐵碳合金在液態時鐵和碳可以無限互溶；在固態時碳能溶于鐵的晶格中，形成間隙固溶體。當含碳量超過鐵的溶解度時，多余的碳便與鐵形成化合物Fe3 C。此外，還可以形成固溶體與Fe3 C組成的機械混合物。

鐵碳合金的基本組織有以下5種。

（1）鐵素體

碳溶于α-Fe中所形成的間隙固溶體稱為鐵素體，用符號α或F表示。它仍保持α-Fe的體心立方晶格。因為α-Fe的間隙半徑很小，所以溶碳能力很小，在727℃時最大w C僅為0.021 8%，室溫時降至0.000 8%。

由于鐵素體的溶碳能力小，所以它的性能幾乎與純鐵相同，即強度、硬度低，塑性較好。在顯微鏡下觀察鐵素體為均勻明亮的多邊形晶粒。鐵素體在770℃以下具有鐵磁性，而在770℃以上則失去鐵磁性。

（2）奧氏體

碳溶于γ-Fe中所形成的間隙固溶體稱為奧氏體，用符號A或γ表示。它仍保持γ-Fe的面心立方晶格。由于γ-Fe的間隙半徑較大，所以溶碳能力比α-Fe強，在727℃時w C為0.77%；1 148℃時w C達到2.11%的最大值。

奧氏體的強度、硬度較低，并具有良好的塑性和較低的變形抗力，是絕大多數鋼種在高溫下進行壓力加工的理想組織。穩定的奧氏體在鋼中存在的最低溫度是727℃。在顯微鏡下觀察，奧氏體晶粒呈多邊形，其晶界較鐵素體平直。

（3）滲碳體

鐵與碳形成的穩定化合物Fe3 C稱為滲碳體，它是一種具有復雜晶體結構的金屬化合物。

滲碳體的含碳量為6.69%，硬度很高（＞800 HB），塑性和韌性幾乎為零，脆性很大。滲碳體不能單獨使用，在鋼中總是與鐵素體混合在一起，是鋼中的主要強化相，它的數量、形態（片狀、粒狀、網狀等）、大小和分布對鋼的性能有很大影響。滲碳體在一定條件下可以分解成鐵和石墨。

（4）珠光體

珠光體是鐵素體薄層（片）與碳化物（包括滲碳體）薄層（片）交替重疊組成的共析組織。珠光體平均含碳量為0.77%。由于細晶強化和第二相強化作用，珠光體組織具有較高的強度和硬度（σb= 770 MPa，180 HB），又具有一定的塑性和韌性（δ= 20%～35%，A KU= 24～32 J），是一種綜合力學性能較好的組織。

珠光體適于壓力加工及切削加工。

（5）萊氏體

含碳量為4.3%的液態合金，當溫度緩慢冷卻到1 148℃時，同時結晶出奧氏體和滲碳體的共晶體，稱為高溫萊氏體，用符號Ld表示。冷卻到727℃是奧氏體轉變為珠光體，所以室溫下萊氏體由珠光體和滲碳體組成，稱為低溫萊氏體，或變態萊氏體，用符號L′d表示。

萊氏體含Fe3 C 64%以上，硬度很高（＞700 HB），塑性很差，脆性很大，是白口鐵的基本組織。

在鐵碳合金5種基本組織中，鐵素體、奧氏體、滲碳體都是單相組織，是基本相，而珠光體、萊氏體是由基本相混合組成的兩相組織。