生铁是含碳量大于2%的铁碳合金，其碳含量通常在2.11%至4.3%之间。碳元素的过量是生铁区别于钢和熟铁的核心特征，也是决定其性能的关键因素。在生铁的微观结构中，碳主要以两种形式存在：一种是与铁形成化合物的渗碳体Fe₃C，另一种是游离态的石墨。渗碳体是一种硬度极高、脆性极大的物质，其硬度可达HV1000以上，远超纯铁的硬度HV80-100。当渗碳体在铁基体中以网状或片状形态分布时，会像“刚性骨架”一样提升材料的整体硬度，但同时也会割裂铁基体的连续性，导致材料在外力作用下极易断裂，表现出明显的脆性。
除了碳元素外，生铁中还含有硅、锰、硫、磷等杂质元素，但这些元素的影响远不及碳显著。碳的过量是导致生铁硬脆的主因。例如，当碳含量超过3%时，渗碳体的数量急剧增加，材料的脆性会进一步加剧，甚至在受到轻微冲击时就会发生碎裂。这种特性使得生铁难以进行锻造、轧制等塑性加工，只能通过铸造工艺制成特定形状的零件，如铁锅、机床床身等。
从应用角度看，生铁的硬脆特性并非全是缺点。其高硬度使其适用于制造需要耐磨的部件，而低延展性则使其在铸造时能精确复制模具的形状。但也正因如此，生铁必须通过炼钢工艺降低碳含量通常降至0.03%-2%，才能转化为韧性更好的钢，满足结构材料的需求。
碳元素的过量存在，塑造了生铁“又硬又脆”的独特性能，也揭示了金属材料成分与性能之间的深刻关联。理这一原理，不仅帮助我们认识生铁的本质，更为金属材料的改性与应用提供了关键依据。