γ-Fe是面心立方晶格,而α-Fe是体心立方晶格,由于面心比体心排列紧密,所以由前者转化为后者时,体积要膨胀.纯铁在室温下是体心立方结构，称为α-Fe。将纯铁加热，当温度到达912℃时，由α-Fe转变为γ-Fe，γ-Fe是面心立方结构。继续升高温度，到达1390℃时，γ-Fe转变为δ-Fe，它的结构与α-Fe一样，是体心立方结构。纯铁随着温度增加，由一种结构转变为另一种结构，这种现象称为同素异构转变。

争论

自从Osmond 在1885 年首次提出β-Fe 以来,直到1922 年Westgren 和Phragmén 用高温X射线衍射证明β-Fe 与α-Fe 有相同的体心立方结构为止,在很长时间内,冶金学家一直为钢为什么在淬火后变硬而争论不休。同素异构派(Allotropist) 认为是α-Fe →β-Fe 相变的结果,而碳派(Carbonist) 认为是C 的作用,各执一词。尽管β-Fe 的存在被否定了,同素异构相变(γ-Fe →α′-Fe) 还是存在的,它与四方畸变的α′-Fe 中固溶C 都是钢在淬火后变硬的必要条件。