大多數金屬在結晶終了之后以及繼續冷卻的過程中，其晶體結構不再發生變化，但也有一些金屬，如Fe、Co、Mn、Sn等，在結晶之后繼續冷卻時還會出現晶體結構變化，即從一種晶格轉變為另一種晶格。金屬在固體狀態下隨著溫度的改變由一種晶格轉變為另一種晶格，這種變化稱為同素異構（晶）轉變，由同素異構轉變得到的不同晶格的晶體稱為同素異構（晶）體。
純鐵的冷卻曲線上有三種同素異構體，如圖5-1所示。液態純鐵(L)在1538℃時開始結晶出具有體心立方晶格的δ-Fe；繼續緩冷到1394℃時，δ-Fe開始轉變為具有面心立方晶格的γ-Fe；再冷卻到912℃時，又由γ-Fe轉變為α-Fe；如果再繼續冷卻直至室溫時，α-Fe的晶格類型不再發生變化，整個轉變過程可以表示為
因為純鐵具有同素異構轉變現象，所以在生產中可以對鋼和鑄鐵進行相變熱處理，達到改變鋼鐵的內部組織和提高性能的目的。
純鐵的冷卻曲線及晶體轉變
金屬（純鐵）的同素異構轉變是一個重結晶過程，與液態金屬的結晶過程相似，遵循結晶的基本規律：有一定的轉變溫度；轉變時需要過冷；有結晶潛熱的釋放；而且轉變過程也是由晶核的形成和長大來完成的。但這種轉變過程是在固態下發生的，原子的擴散較液體困難，必須有較大的過冷度；由于轉變時晶體的致密度改變引起晶體體積的變化，因而同素異構轉變往往產生更大的內應力。
純鐵冷卻曲線上，770℃為純鐵的磁性轉變點（又稱居里點）。在770℃以下純鐵具有鐵磁性，在770℃以上則失去鐵磁性。磁性轉變時不發生晶格轉變，因此也沒有形核和晶核長大過程。
一般說來，純鐵并不很純，總是含一些雜質。工業純鐵常含有w雜=0.1%~0.2%的雜質。其強度和硬度很低，在工程上很少使用，其力學性能指標大致為：屈服強度σ0.2=100~170MPa，抗拉強度σb=180~280MPa，伸長率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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