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.