大多数金属在结晶终了之后以及继续冷却的过程中，其晶体结构不再发生变化，但也有一些金属，如Fe、Co、Mn、Sn等，在结晶之后继续冷却时还会出现晶体结构变化，即从一种晶格转变为另一种晶格。金属在固体状态下随着温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格，这种变化称为同素异构（晶）转变，由同素异构转变得到的不同晶格的晶体称为同素异构（晶）体。

    纯铁的冷却曲线上有三种同素异构体，如图5-1所示。液态纯铁(L)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α-Fe；如果再继续冷却直至室温时，α-Fe的晶格类型不再发生变化，整个转变过程可以表示为

    因为纯铁具有同素异构转变现象，所以在生产中可以对钢和铸铁进行相变热处理，达到改变钢铁的内部组织和提高性能的目的。

     纯铁的冷却曲线及晶体转变

    金属（纯铁）的同素异构转变是一个重结晶过程，与液态金属的结晶过程相似，遵循结晶的基本规律：有一定的转变温度；转变时需要过冷；有结晶潜热的释放；而且转变过程也是由晶核的形成和长大来完成的。但这种转变过程是在固态下发生的，原子的扩散较液体困难，必须有较大的过冷度；由于转变时晶体的致密度改变引起晶体体积的变化，因而同素异构转变往往产生更大的内应力。

    纯铁冷却曲线上，770℃为纯铁的磁性转变点（又称居里点）。在770℃以下纯铁具有铁磁性，在770℃以上则失去铁磁性。磁性转变时不发生晶格转变，因此也没有形核和晶核长大过程。

    一般说来，纯铁并不很纯，总是含一些杂质。工业纯铁常含有w杂=0.1%~0.2%的杂质。其强度和硬度很低，在工程上很少使用，其力学性能指标大致为：屈服强度σ0.2=100~170MPa，抗拉强度σb=180~280MPa，伸长率δ=30%~50%，断面收缩率ψ=70%～80%，硬度为50~80HBW，冲击韧度αK=160~200J/cm2。