Estructura del hierro

El caso del hierro es particularmente típico, ya que presenta varias modificaciones alotrópicas (fig. 10) de sistema cristalino diferente:

Hierro alfa (Fea) ..  cúbica centrada

Hierro beta (FejJ) .  cúbica centrada

Hierro gamma (Fey) cúbica de caras centradas
Hierro delta (Fe5) .  cúbica centrada

Si se enfría lentamente una probeta de hierro puro, fundida, es decir, en estado líquido, se observa que se solidifica a la temperatura constante de 1.539 °C. Si la temperatura sigue luego descendiendo, a los 1.390 °C hay una detención en el descenso por producirse un cambio en la estructura de la probeta que motiva desprendimiento de calor. A los 900 °C sucede otra detención y, finalmente, otra a una temperatura cercana a los 750 °C.

Estas temperaturas se denominan temperaturas o puntos críticos y se representan por Ar4 (1.390°), Ar3 (900°) y Ar2 (750°). Si, en lugar de enfriarse, se calienta el hierro puro desde la temperatura ambiente, se ve que se repiten las mismas anomalías, pero a temperaturas ligeramente superiores: AC2 - 780°, Ac3 - 920° y Ac4 - 1.410°. Los puntos críticos encontrados al enfriar son designados con la letra A y el subíndice r, del francés «refroidissement» (enfriamiento), y los obtenidos al calentar, con el subíndice c, del francés «chauffage» (calentamiento). Las diferencias entre las temperaturas de calentamiento y de enfriamiento son tanto mayores cuanto mayor es la velocidad con que se desarrollan los dos procesos y se explica por la resistencia a transformarse que oponen los sistemas cristalinos. Si el calentamiento o el enfriamiento se hiciesen a una velocidad infinitamente lenta, se obtendrían otras temperaturas, comprendidas entre Ac y las Ar, que se han denominado A (sin ningún subíndice) y son las mismas para ambos fenómenos. Para el hierro puro son A2 - 768°, Aj = 910° y A4 = 1.400°, y marcan los puntos de transformación de los cristales de hierro en otras variedades alotrópicas (variedades alotrópicas de un cuerpo son las de la misma composición y distinta cristalización). Así, hasta el punto A2 = 768°, el hierro cristaliza en la variedad alfa: de A2 a A3, o sea de 768° a 910°, en la variedad beta; de A3 a A4, o sea de 910° a 1.400°, en la variedad gamma; y de A4 hasta la fusión, a 1.539°, en la variedad delta.