大多數(shù)金屬在結(jié)晶終了之后以及繼續(xù)冷卻的過程中，其晶體結(jié)構(gòu)不再發(fā)生變化，但也有一些金屬，如Fe、Co、Mn、Sn等，在結(jié)晶之后繼續(xù)冷卻時(shí)還會(huì)出現(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)變化，即從一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格。金屬在固體狀態(tài)下隨著溫度的改變由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格，這種變化稱為同素異構(gòu)（晶）轉(zhuǎn)變，由同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變得到的不同晶格的晶體稱為同素異構(gòu)（晶）體。
純鐵的冷卻曲線上有三種同素異構(gòu)體，如圖5-1所示。液態(tài)純鐵(L)在1538℃時(shí)開始結(jié)晶出具有體心立方晶格的δ-Fe；繼續(xù)緩冷到1394℃時(shí)，δ-Fe開始轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂忻嫘牧⒎骄Ц竦摩?Fe；再冷卻到912℃時(shí)，又由γ-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Fe；如果再繼續(xù)冷卻直至室溫時(shí)，α-Fe的晶格類型不再發(fā)生變化，整個(gè)轉(zhuǎn)變過程可以表示為
因?yàn)榧冭F具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，所以在生產(chǎn)中可以對(duì)鋼和鑄鐵進(jìn)行相變熱處理，達(dá)到改變鋼鐵的內(nèi)部組織和提高性能的目的。
純鐵的冷卻曲線及晶體轉(zhuǎn)變
金屬（純鐵）的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是一個(gè)重結(jié)晶過程，與液態(tài)金屬的結(jié)晶過程相似，遵循結(jié)晶的基本規(guī)律：有一定的轉(zhuǎn)變溫度；轉(zhuǎn)變時(shí)需要過冷；有結(jié)晶潛熱的釋放；而且轉(zhuǎn)變過程也是由晶核的形成和長(zhǎng)大來(lái)完成的。但這種轉(zhuǎn)變過程是在固態(tài)下發(fā)生的，原子的擴(kuò)散較液體困難，必須有較大的過冷度；由于轉(zhuǎn)變時(shí)晶體的致密度改變引起晶體體積的變化，因而同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變往往產(chǎn)生更大的內(nèi)應(yīng)力。
純鐵冷卻曲線上，770℃為純鐵的磁性轉(zhuǎn)變點(diǎn)（又稱居里點(diǎn)）。在770℃以下純鐵具有鐵磁性，在770℃以上則失去鐵磁性。磁性轉(zhuǎn)變時(shí)不發(fā)生晶格轉(zhuǎn)變，因此也沒有形核和晶核長(zhǎng)大過程。
一般說(shuō)來(lái)，純鐵并不很純，總是含一些雜質(zhì)。工業(yè)純鐵常含有w雜=0.1%~0.2%的雜質(zhì)。其強(qiáng)度和硬度很低，在工程上很少使用，其力學(xué)性能指標(biāo)大致為：屈服強(qiáng)度σ0.2=100~170MPa，抗拉強(qiáng)度σb=180~280MPa，伸長(zhǎng)率δ=30%~50%，斷面收縮率ψ=70%～80%，硬度為50~80HBW，沖擊韌度αK=160~200J/cm2。
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