大多數金屬在結晶終了之后以及繼續冷卻的過(guò)程中，其晶體結構不再發(fā)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(shí)還會(huì )出現晶體結構變化，即從一種晶格轉變?yōu)榱硪环N晶格。金屬在固體狀態(tài)下隨著(zhù)溫度的改變由一種晶格轉變?yōu)榱硪环N晶格，這種變化稱(chēng)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(chēng)為同素異構（晶）體。
純鐵的冷卻曲線(xiàn)上有三種同素異構體，如圖5-1所示。液態(tài)純鐵(L)在1538℃時(shí)開(kāi)始結晶出具有體心立方晶格的δ-Fe；繼續緩冷到1394℃時(shí)，δ-Fe開(kāi)始轉變?yōu)榫哂忻嫘牧⒎骄Ц竦摩?Fe；再冷卻到912℃時(shí)，又由γ-Fe轉變?yōu)棣?Fe；如果再繼續冷卻直至室溫時(shí)，α-Fe的晶格類(lèi)型不再發(fā)生變化，整個(gè)轉變過(guò)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(chǎn)中可以對鋼和鑄鐵進(jìn)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(xiàn)及晶體轉變
金屬（純鐵）的同素異構轉變是一個(gè)重結晶過(guò)程，與液態(tài)金屬的結晶過(guò)程相似，遵循結晶的基本規律：有一定的轉變溫度；轉變時(shí)需要過(guò)冷；有結晶潛熱的釋放；而且轉變過(guò)程也是由晶核的形成和長(cháng)大來(lái)完成的。但這種轉變過(guò)程是在固態(tài)下發(fā)生的，原子的擴散較液體困難，必須有較大的過(guò)冷度；由于轉變時(shí)晶體的致密度改變引起晶體體積的變化，因而同素異構轉變往往產(chǎn)生更大的內應力。
純鐵冷卻曲線(xiàn)上，770℃為純鐵的磁性轉變點(diǎn)（又稱(chēng)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。磁性轉變時(shí)不發(fā)生晶格轉變，因此也沒(méi)有形核和晶核長(cháng)大過(guò)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)。其強度和硬度很低，在工程上很少使用，其力學(xué)性能指標大致為：屈服強度σ0.2=100~170MPa，抗拉強度σb=180~280MPa，伸長(cháng)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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