许多金属在固态下只有一种晶体结构，如铝、铜、银等金属，在固态时无论温度高低，均为面心立方晶格。钨、钼、钒等金属则为体心立方晶格。但有些金属在固态下，在不同的温度或压力范围内存在两种或两种以上的晶格形式，如Fe、Co、Ti、Mn、Sn等，这类金属在冷却或加热过程中，其晶格形式会发生变化。同一元素的金属在固态下随温度改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象，称为同素异构转变(Allotropic Transformation)，或称多晶型转变。由同素异构转变所得到的不同晶格的晶体称为同素异构(晶)体。金属的同素异构转变与液态金属的结晶过程相似，故称为二次结晶或重结晶。
纯铁在冷却过程中出现3种同素异构体，整个转变过程液态纯铁在1538℃时开始结晶出具有体心立方晶格的δ-Fe；继续缓冷到1394℃时，δ-Fe开始转变为具有面心立方晶格的γ-Fe；再冷却到912℃时又由γ-Fe转变为具有体心立方晶格的α-Fe；继续冷却直到室温时，α-Fe的晶格类型不再发生变化。
因为纯铁具有同素异构转变现象，所以在生产上能对钢和铸铁进行相变热处理，以达到改变钢铁内部组织和提高性能的目的。
纯铁的同素异构转变是一个重结晶过程，遵循结晶的一般规律：有一定的转变温度，转变时需要过冷，有潜热产生，转变过程也是由晶核的形成和晶核长大来完成。但是，这种转变是在固态下发生的，原子扩散较液态困难得多，因而比液态结晶需要有更大的过冷度；转变时由于晶格的致密度改变引起晶体的体积变化，往往要产生较大内应力。例如γ-Fe转变为α-Fe时，铁的体积会膨胀约1％。在钢淬火时，这种转变会产生应力，严重时会导致工件变形和开裂。一般来说，纯铁总是含有一些杂质。工业纯铁常含有W杂=0．1％～0．2％，含碳量很低，虽然塑性好，但强度和硬度都很低，所以很少用它制造机械零件，工业生产中常用的是铁碳合金。 |
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