金屬在固態(tài)下，由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的過程稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。如鐵、鈦、錳、錫等均有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的性能。純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變過程如圖1．2．8所示，從圖中可以看出，純鐵在1 538℃時開始結(jié)晶，在1 538～1 394℃時為體心立方晶格，稱為δ-Fe；溫度下降到1 394～912℃時為面心立方晶格，稱為γ-Fe；在912℃以下為體心立方晶格，稱為α-Fe。純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變過程可概括如下：

圖1．2．8　鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變

金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變也是通過原子的重新排列來完成的，它與液態(tài)金屬結(jié)晶過程很相似，也包括晶核的形成和晶粒的長大兩個階段，為了便于兩者的區(qū)別，一般將固態(tài)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變稱為二次結(jié)晶或重結(jié)晶，液態(tài)金屬結(jié)晶稱為一次結(jié)晶。由于在固態(tài)下原子的擴散比液態(tài)下困難得多，因此同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變應(yīng)具有較大的過冷度。此外，由于晶格類型不同，其原子排列的致密度不同，將會使金屬的體積發(fā)生變化并產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力。

由于純鐵具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的特性，因此它是鋼鐵能夠進行熱處理的依據(jù)，也是鋼鐵材料性能多種多樣、用途廣泛的主要原因之一。