許多金屬在固態(tài)下只有一種晶體結(jié)構(gòu),，如鋁,、銅、銀等金屬,，在固態(tài)時無論溫度高低,，均為面心立方晶格。鎢,、鉬,、釩等金屬則為體心立方晶格。但有些金屬在固態(tài)下,，在不同的溫度或壓力范圍內(nèi)存在兩種或兩種以上的晶格形式,，如Fe,、Co、Ti,、Mn,、Sn等，這類金屬在冷卻或加熱過程中,，其晶格形式會發(fā)生變化,。同一元素的金屬在固態(tài)下隨溫度改變，由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的現(xiàn)象,，稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變(Allotropic Transformation),，或稱多晶型轉(zhuǎn)變。由同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變所得到的不同晶格的晶體稱為同素異構(gòu)(晶)體,。金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變與液態(tài)金屬的結(jié)晶過程相似,，故稱為二次結(jié)晶或重結(jié)晶。
純鐵在冷卻過程中出現(xiàn)3種同素異構(gòu)體,，整個轉(zhuǎn)變過程如圖1所示,。液態(tài)純鐵在1538℃時開始結(jié)晶出具有體心立方晶格的δ-Fe；繼續(xù)緩冷到1394℃時,，δ-Fe開始轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂忻嫘牧⒎骄Ц竦摩?Fe,；再冷卻到912℃時又由γ-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂畜w心立方晶格的α-Fe；繼續(xù)冷卻直到室溫時,，α-Fe的晶格類型不再發(fā)生變化,。
因?yàn)榧冭F具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，所以在生產(chǎn)上能對鋼和鑄鐵進(jìn)行相變熱處理,，以達(dá)到改變鋼鐵內(nèi)部組織和提高性能的目的,。
金屬(如純鐵等)的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是一個重結(jié)晶過程，遵循結(jié)晶的一般規(guī)律：有一定的轉(zhuǎn)變溫度,，轉(zhuǎn)變時需要過冷,，有潛熱產(chǎn)生，轉(zhuǎn)變過程也是由晶核的形成和晶核長大來完成,。但是,，這種轉(zhuǎn)變是在固態(tài)下發(fā)生的，原子擴(kuò)散較液態(tài)困難得多,，因而比液態(tài)結(jié)晶需要有更大的過冷度,；轉(zhuǎn)變時由于晶格的致密度改變引起晶體的體積變化，往往要產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力,。例如γ-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Fe時,，鐵的體積會膨脹約1％。在鋼淬火時,，這種轉(zhuǎn)變會產(chǎn)生應(yīng)力,，嚴(yán)重時會導(dǎo)致工件變形和開裂,。一般來說，純鐵總是含有一些雜質(zhì),。工業(yè)純鐵常含有W雜=0．1％～0．2％,，含碳量很低，雖然塑性好,，但強(qiáng)度和硬度都很低,，所以很少用它制造機(jī)械零件，工業(yè)生產(chǎn)中常用的是鐵碳合金,。
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