Сплавы железо—углерод, обладая хорошим комплексом механических, конструкционных и технологических свойств, благодаря своей невысокой стоимости получили наибольшее применение во всех отраслях промышленности. К этому классу материалов относятся стали и чугуны, которые, как правило, являясь многокомпонентными сплавами, в основном состоят из двух главнейших элементов: железа и углерода. Поэтому только с известным приближением их можно рассматривать как двойные сплавы Fe—С и использовать для изучения два традиционных варианта диаграммы состояния в совмещенном виде. Сплошными линиями на диаграмме нанесены линии метастабильного состояния (это цементитная диаграмма Fe—Fe3C), штриховыми — линии стабильного состояния (это графитная диаграмма железо—графит (Fe—С)). В метастабильной системе углерод находится в связанном состоянии в виде цементита, но при длительных выдержках в интервале температур 650...730°С цементит распадается с образованием свободного углерода (графита), поэтому в присутствии цементита диаграмма считается не вполне устойчивой.
Двойственное толкование диаграммы Fe—С объясняется поведением железоуглеродистых сплавов, в которых углерод действительно наблюдается то в связанном состоянии в форме цементита, то в свободном состоянии в форме графита. Наиболее четко это проявляется в чугунах, которые затвердевают либо «по-белому» (углерод связан в виде Fe3C), либо «по-серому» (углерод в структуре находится в виде графита).