Demir Karbon Diyagramına (DKD) veya diğer adıyla Fe-C diyagramına genel olarak bakacak olursak, sıcaklığa bağlı olarak üç çeşit kristal kafesi görürüz. Sıvı halindeki Fe-C soğumaya başladığında;

1. 1536°C de adına δ-demiri denilen kübik hacim merkezli (khm) kristalleri,

2. 1401°C de adına γ-demiri (ostenit) denilen kübik yüzey merkezli (kym) kristalleri,

3. 911°C de adına α-demiri (ferrit) denilen kübik hacim merkezli (khm) kristalleri görürüz.

α-demirin, γ-demirine göre daha sıkı bir kafes yapısı vardır. Ferit yumuşak, kolay şekil verilen ve manyetik özelliğe sahip bir yapıdır. Katılaşma sırasında karbon, demir karbür (Fe3C) yapısında sementit denilen ayrı bir kristal oluşturur. Sementit gevrek ve kırılgan bir malzemedir. Çeliklerde, α-demiri yalnız bulunmaz. Sementitle birlikte perlit denilen yapıyı oluşturur. Bu yapıda sementit, ferrit içinde lamel şeklinde bulunur. Dökme demirde karbon miktarı normal olarak %2 ile %4 arasındadır. Dökme demir alaşımlarında çelikten daha fazla manganez, silisyum, kükürt vardır. Ham demirden çelik elde etmek için, karbon miktarının istenilen yüzdeye indirilmesi, kükürtün tamameme yakın alaşımdan çıkartılması ve şartlara göre diğer alaşım elementlerinin katılması gerekir. Ham demirden karbon ve diğer elementlerin çıkartılması veya azaltılması oksidasyon olayına dayanır. Oksidasyon olayı eriyik elementlerinin oksijenle birleşerek ayrılmalarıdır.
Örneğin; iki oksijen atomunun bir karbon atomu ile birleşmesi karbondioksiti ( 2O + C = CO2) meydana getirir. Böylece ham demir eriyiğine oksijen vererek karbon ve diğer elementler ayrılır. Ham demir eriyiğine hava ile oksijen verme yöntemine "redüksiyon" denir. Redüksiyon yöntemlerine göre çeşitli çelik üretme yöntemleri vardır. Bu çelik üretme yöntemlerine "Thomas ve Bessemer yöntemi ni", "Siemens Martin yöntemi ni" sayabiliriz. Bessemer yönteminde fırın içi silikatlı tuğlalarla örülüdür ve asit bazlı çelik elde edilir. Thomas yönteminde, fırın içi dolomit tuğlaları ile örülüdür ve bazik bazlı çelik elde edilir. Her çeşit alaşımlı ve en kaliteli çelik elektrikli ocaklarda üretilir. Bu yöntemin ark ve endüksiyon ocakları olmak üzere iki uygulaması vardır. Fakat bu yöntemle çelik elde etmek çok pahalıdır. Bu yöntem elde edilmiş çelikleri daha kaliteli çelik haline getirmekte kullanılır. Böylece daha ekonomik olarak kaliteli çelik elde edilir. Çeliklerin üretiminde ham demirin oksidasyonu için verilen oksijen, yanma sırasında tam olarak kullanılmaz. Oksijenin bir kısmı demiroksit (FeO) olarak çeliğin içinde kalır. Demiroksit dökümden önce alaşımdan uzaklaştırılırsa çeliğe "dinlendirilmiş", uzaklaştırılmamışsa "dinlendirilmemiş" çelik denir. Sıvı çelikte ve daha sonra katılaşma sırasında içinde çok küçük boşluklar oluşturan çeşitli gazlar ve bilhassa hidrojen bulunur. Bu gazları yok etmek için çeliğin dökümü vakum ortamında yapılabilir veya vakum işlemi ile ile gazlar çıkarılır. Bu yöntemle elde edilen çeliklere "vakum çeliği" denilir. Elde edilen çeliği, içindeki hava boşluklarından veya istenmeyen maddelerden temizlemek için "yeniden ergitme" yöntemi uygulanır. Çelik bloğunu yeniden ergitmek için, elektrot olarak çelik bloğunun kendisi kullanılır. Sıvı haldeki yeniden ergitilen çeliğe verilen elektrik akımıyla ısınan kütledeki hava kabarcıkları yukarı çıkarak yok olur ve muayyen bir zaman sonra sıvı çelik su ile soğutulan "kokillere" (çelik kalıplar) dökülerek istenilen özellikteki çelik üretilmiş olur. Kokillere dökülmüş çeliğe "ingot" adı (Almancadan) verilir. İngotlar daha sonra çelik kütükleri haline getirilir. Çelik kütükleri daha sonra istenilen amaçlarda kullanılması için çeşitli şekillere sokulur. Örneğin; profiller, sac levhalar, yuvarlak çubuklar, v.b. Kullanılacak yarı mamul çelik veya üretimi bitmiş çelik parçalar "ısıl işlemlere" tabi tutulurlar. Isıl işlemlerle çeliğin mekanik özellikleri; akma ve kopma sınırı, sertliği, tokluğu değiştirilir. Diğer taraftan ışıl işlemler malzemenin işlenme kabiliyetini artırmak ve artık gerilmeleri gidermek için de kullanılır.

Çelik

Hiç bir işlem yapmadan dövme ile şekillendirilen Fe-C alaşımına "çelik" denir. Bu alaşımda karbon miktarı %0,2 ile %1,7 ye kadar karbon içeren bir demir karbon alaşımıdır. Karbon miktarı bazı özel durumlarda %2,06 ya kadar çıkabilir. Karbonun yanı sıra standartların kabul ettiği miktarda manganez (normal olarak % 0,8 den daha az), silisyum (%0,5 ten daha az) ve çok az miktarda fosfor ve kükürt bulunur. Çelikler genel olarak karbonlu ve alaşımlı olmak üzere iki gruba ayrılırlar. Alaşımlı çeliklerde belirli miktarlarda krom (Cr), nikel (Ni), molibden (Mo) v.b. gibi alaşım elementleri vardır. Ayrıca çelik sıcak halde dövülerek şekillendirilir ve çok düşük karbon miktarı olan çelikler soğuk olarak ta dövülerek şekillendirebilirler.

Dökme demir

Karbon miktarı %2,06 dan daha fazla olan Fe-C alaşımlarına "dökme demir" denilir. Karbon ya sementit (Fe3C) veya grafit halinde saf karbon olarak görülür. Genelde karbon miktarı %0,8 in üzerinde ise karbonun çoğu alaşımın içinde grafit lameli olarak oluşur ve diğer kısmı lamel sementit olarak kristalleşir. Böylece alaşımın dokusu perlit veya ferrit-perlit temel yapısı ve tane aralarında grafit lamellerinden oluşur. Dökme demir genelde gevrek ve kırılgandır. Dövülerek işlenmeleri imkânsızdır. Genelde ya döküm olarak veya talaşlı işlemle şekillendirilirler. Dökme demir gurubunda;

• • Kır dökme demir (lamel grafitli)


• • Sfero dökme demir (küresel grafitli),


• • Temper dökme demir


• • Beyaz (sert) dökme demir demir çeşitleri vardır.

 
P noktasındaki demir hemen hemen karbonsuzdur. Karbon miktarı maksimum % 0,02 kadardır. Kristal cinsi "α-karışık kristal (α-KK), α-ferrit olarak görülür.
 
E noktasındaki Fe-C alaşımında maksimum C miktarı % 2,06 dır. Kristal cinsi γ-karışık kristal (γ-KK), ostenit olarak görülür.
 
H noktasındaki Fe-C alaşımında maksimum C miktarı % 0,1 dir. Kristal cinsi; δ-karışık kristal (δ-KK), ; δ-ferrit olarak görülür.
 
Karbon miktarı %0,8 den az olan Fe-C alaşımına "ötektoit altı" denir ve yapısı perlit ve ferrit tanelerinden oluşur. Bu perlit-ferrit dokusudur. Eğer sıcaklık 723 °C in üzerine çıkarsa yapı GSP üçgeni içinde ostenit+ferrit olur.

Karbon miktarı tam %0,8 olan Fe-C alaşımına "ötektoit" denir ve tüm yapı perlit'tir. Bu ferrit çekirdeği içinde sementit çubuklarından (% 88 ferrit + % 12 Sementit) oluşur. Yapının şekli sedef görünüşlü olduğu için "perlit" denilir. Eğer sıcaklık 723 °C in üzerine çıkarsa S noktası üstünde perlit "ostenit" olur. Karbon miktarı %0,8 den fazla olan Fe-C alaşımına "ötektoit üstü" denir. Burada karbon miktarı göreceli olarak çok fazla olduğundan, karbon perlit tanelerinin içindeki sementit çubuklarının yanında tane sınırlarında da "tane sınırı sementiti" olarak görülür. Sementit miktarı ne kadar çok olursa malzeme o kadar sert ve kırılgan olur. Eğer sıcaklık 723 °C in üzerine çıkarsa SK-doğrusu üzerinde doku yapısı"perlit+sementit" yapıdan "ostenit+sementit" yapısını oluşturur.
 
Karbon miktarı tam %4,3 olan Fe-C alaşımına "ledeburit" denir ve yapısı % 51,4 ostenit + % 48,6 sementit ten oluşur. Doku çok küçük tanelerden oluşur. C noktasındaki yapının adına "ötektikum" denir. Bu özelliklerin oluşması için ısı değişikliğinin (ısınma veya soğuma) çok yavaş olması gerekir.
 
Primer sementit + ledeburit. Bu özelliklerin oluşması için ısı değişikliğinin (ısınma veya soğuma) çok yavaş olması gerekir.
 
sekunder sementit + perlit. Bu özelliklerin oluşması için ısı değişikliğinin (ısınma veya soğuma) çok yavaş olması gerekir.
 
triter sementit + α-KK. Bu özelliklerin oluşması için ısı değişikliğinin (ısınma veya soğuma) çok yavaş olması gerekir.