Кристална форма
По правило кристалът, образуван в течност, расте първо в посока на минималното разстояние между атомите. Така осите от първи ред растат първи. В същото време под определен ъгъл спрямо оста от първи ред започват да нарастват осите от втори ред, от които растат осите от трети ред и т.н. В резултат растат дървовидни кристали, наречени дендрити. В зависимост от скоростта на охлаждане и условията на топлоотвеждане техните размери и форми могат да бъдат различни (могат да бъдат равноосни или колонни).
Метален слитък се образува по време на кристализацията на метал в матрица. По правило структурата на излят слитък се състои от три основни зони.
1 - повърхностен слой от равноосни кристали, образувани при условия на висока скорост на охлаждане на метала, когато течният метал влиза в контакт със студените стени на формата.
2 - зона от колоновидни кристали с развита ос от първи ред (транскристалити), образувани при условия на намалена скорост на охлаждане и радиатор, перпендикулярен на стените на формата.
3 - зона от големи неориентирани равноосни кристали, образувани при условия на най-ниска скорост на охлаждане и ненасочено отвеждане на топлина.
В горната част на слитъка има концентрирана кухина за свиване - кухина, която не е запълнена с метал, образувана поради обемно свиване на метала по време на кристализация 4.
Също така, поради обемно свиване по оста на слитъка, се образува ронливост. В слитъка под кухината на свиване и в долната част има забележимо увеличение на съдържанието на примеси: C, S, P (отделяне). Това води до спад в механичните свойства.
Структурата на сплавите
В инженерството по-често се използват не метали, а металсплави, тъй като имат по-добър набор от свойства в сравнение с метала. Сплавите се получават чрез сливане на елементи, синтероване (прахова металургия), дифузия.
Металната сплав е сложна система на метална основа. Сплавите съдържат два или повече компонента.
Фазата на сплавта е хомогенна част от сплавта, отделена от другите чрез граница, при преминаване през която съставът или структурата се променят драматично. Свойствата също се променят. Металът в течно състояние е хомогенна фаза. Същото важи и за сплавите. Когато металът кристализира, се образува нова твърда фаза. В този случай металът е в двуфазно състояние - в течно и твърдо състояние. В сплавта твърдата фаза може да бъде зърна от чист метал, твърд разтвор или химическо съединение.
В разтопено състояние много метали са безкрайно разтворими един в друг. По време на кристализацията компонентите на сплавта могат да имат различни видове взаимодействие, което определя образуването на различни видове сплави. Има три основни вида сплави, образувани по време на кристализацията на два компонента.
1 Механични смеси
2 Твърди разтвори
3 Химични съединения
Механични смеси се образуват, ако компонентите са разтворими в течно състояние и практически неразтворими в твърдо състояние. Структурата на тези сплави е разнородна - двуфазна. Такава сплав има два вида кристална решетка: решетката на компонент А и решетката на компонент Б. Такива сплави образуват елементи, които се различават значително по свойства.
Твърдите разтвори се образуват при взаимна разтворимост на компонентите както в течно, така и в твърдо състояние. В този случай един компонент (от който има повече) запазва своята кристална решетка, вторият компонент под формата на отделни атоми се намира в решетката на първия. Първи компонентнаречен разтворител, вторият - разтворим.
Твърдите разтвори имат хомогенна (еднофазна) структура с решетка на разтворителя.
Разграничаване на твърди разтвори на интерстициални и заместващи. В първия случай разтворимите атоми проникват в интерстициалното пространство на решетката на разтворителя.
Тези сплави образуват метал с неметали с малки атомни радиуси (H, N, C, B). Тези елементи образуват ограничени разтвори, не повече от 1...2%.
В заместващите твърди разтвори разтворимите атоми са разположени в местата на решетката на разтворителя, замествайки неговите атоми. Тези разтвори могат да бъдат или с неограничена разтворимост, или с ограничена разтворимост. Неограничените твърди разтвори образуват изоморфни компоненти (с подобни по тип и параметри кристални решетки), чиито атомни радиуси се различават с не повече от 8...15%.
Разтворимото заема, като правило, произволни места в местата на решетката на разтворителя, образувайки неподредени твърди разтвори. В същото време при понижаване на температурата може да се наблюдава преразпределение на разтворимите атоми с образуването на подредени твърди разтвори. Структурата на такива разтвори се нарича суперструктура и те се считат за междинни между твърдите разтвори и химичните съединения.
Химичните съединения се образуват в случай на химично взаимодействие на компонентите по време на кристализация. В този случай строго определен брой атоми на компонент А взаимодействат химически с определен брой атоми на компонент В, образувайки едно химично съединение от типа A nB m.
Химичните съединения имат редица характеристики:
съединението има свой тип кристална решетка, различна от решетките на компонентите;
свойствата на връзките са различни от свойствата на компонентите;
настъпва разлагане на съединението (дисоциация).при постоянна температура.
В допълнение към споменатите видове сплави, има много други междинни фази на сплави, които не могат да бъдат напълно причислени към нито един от посочените типове.
Изследването на сплавите се основава на диаграми на състоянието на сплавите.