Opanowanie technik wytwarzania stopów z innymi metalami oraz metod obróbki cieplnej i cieplno chemicznej i odegrało istotną rolę w okresie rewolucji neolitycznej i rewolucji przemysłowej. Współcześnie stosowane są stopy o znormalizowanym składzie, otrzymywane z wykorzystaniem takich technik obróbki cieplno-chemicznej stopów żelaza, jak kaloryzowanie, azotowanie, naborowywanie, chromowanie, nawęglanie, siarkowanie lub węgloazotowanie (cyjanowanie).
Teoretyczną podstawą procesów wytwarzania żeliwa i stali węglowych o pożądanych właściwościach jest wiedza na temat przemian fazowych, zachodzących w stopach żelaza z węglem. Wykres fazowy wskazuje zakres termodynamicznej trwałości roztworów stałych węgla w sieci krystalicznej dwóch odmian alotropowych żelaza (α-Fe i γ-Fe). W sieciach krystalicznych obu odmian występują luki mniejsze od promienia atomu węgla, ale powstają roztwory stałe międzywęzłowe: austenit – roztwór stały węgla w żelazie γ-Fe (sieć regularna ściennie centrowana, rsc); maksymalna rozpuszczalność węgla – do ok. 2% C ferryt – roztwór stały węgla w żelazie α-Fe (sieć regularna przestrzennie centrowana, rpc);