Demirin en önemli alaşım elementi karbondur. Demir Karbon Denge Diyagramında %2.06 C içeriğe kadar olan demir esaslı alaşımlar çelik olarak adlandırılmaktadır. %0,35 miktarına kadar çelikler sertleştirilemez iken, bu değerin üzerinde karbon içeren çelikler sertleştirilebilmektedirler.

%2.06’dan daha fazla karbon içeren demir esaslı alaşımlar gevrek davranış gösterdiklerinden normalde şekillendirilememektedirler. Bu nedenle döküm şeklinde kullanılırlar. Bunlara da Dökme Demir denir.

Karbon, demir içinde ya elementel karbon ( grafit ) ya da demir ile kimyasal bileşik yapmış Fe3C ( sementit ) olarak iki şekilde bulunmaktadır. Bu nedenle demir-karbon alaşımlarında kristalizasyon ilişkileri, birbirinden farkı çok az olan iki denge diyagramı ile gösterilmektedir; demir karbür ve demir-grafit sistemi. ( Fe-C ). Fe-Fe3C yarı kararlı ( metastabil ) ve Fe-C ise kararlı ( stabil ) sistem oluşturmaktadır. Fe-Fec3C için Demir-Karbon denge diyagramında sol taraf % 100 Fe, sağ taraf ise %100 Fe3C ( %6.67C sınırını oluşturmaktadır.)

%6.67’den fazla karbon içeren alaşımlar teknik açıdan önem taşımamaktadır. Sementitin rombik birim kafeste 4 molekül Fe3C, yani 12 demir ve 4 karbon atomu bulunmaktadır. Yapısı oldukça sert ( 800 HV ) ve yoğunluğu demirden düşüktür.

Oda sıcaklığında manyetik ve 215°C ‘nin üzerinde ise manyetik değildir. Daha yüksek sıcaklıklarda Fe3C, Fe ve C’ye ayrıştığı için, gerçek ergime noktası tam olarak bilinmemektedir.

Ferrit ve sementit içeren ötektoid bileşim perlit olarak adlandırılmaktadır. Perlit, tam ötektoid bileşimde ( 0.8 C ), östenit ergiyiğinin soğuma sürecinde ayrışması ile oluşmaktadır. Dönüşmemiş ledeburit, östenit socaklığında katılaşması sonucu oluşmaktadır.

Dönüşmüş ledeburit ise %51.4 östenit içeren dönüşmemiş ledeburitin soğuma sürecinde 723°C perlite ayrışması sonucu oluşmaktadır. Sementit bağımsız bir mikroyapı bileşeni olarak 3 farklı şekilde, ancak aynı kimyasal bileşimde ortaya çıkmaktadır.