การแข็งตัวของโลหะ
 

ในกระบวนการหล่อโลหะนั้น มีกระบวนการที่พอจะสรุปได้เป็นขั้นตอนที่สำคัญดังนี้
1. การทำแบบหล่อ
2. การหลอมละลายโลหะ
3. การเทน้ำโลหะลงสู่แบบ
4. การตกแต่งชิ้นงานหล่อ
จากขั้นตอนของกระบวนการหล่อโลหะจะพบว่าในขั้นตอนที่ 3 เป็นขั้นตอนของการปล่อยให้โลหะที่หลอม ละลายเกิดการเย็นตัวจน
เปลี่ยนสถานะจากของเหลวไปสู่ของแข็ง กระบวนการดังกล่าวนี้มีผลอย่างยิ่งต่อคุณสมบัติของโลหะ ดังนั้นจึงควรศึกษาและทำความเข้าใจอย่างแท้จริง โดยแยกเป็นรายละเอียดเกี่ยวกับการแข็งตัวของโลหะบริสุทธิ์ และการแข็งตัวของโลหะผสม ดังมีรายละเอียดต่อไปนี้

    การแข็งตัวของโลหะบริสุทธิ์
เมื่อเทน้ำโลหะที่บริสุทธิ์ลงสู่แบบแล้ว น้ำโลหะจะถ่ายเทความร้อนจนเกิดนิวเคลียสเป็นจุดเริ่มต้นของการ ตกผลึก และจุดเริ่มต้นนั้นก็จะ
ขยายตัวโดขึ้น ในขณะนั้นจุดเริ่มต้นใหม่ ๆ ก็จะเกิดขึ้นด้วย ปฏิกิริยาต่าง ๆ ดังกล่าวนี้จะเกิดขึ้นทุกส่วนของน้ำโลหะ โดยจะเกิดที่บริเวณที่น้ำโลหะถ่ายเทความร้อนได้ก่อน ซึ่งได้แก่บริเวณที่น้ำโลหะสัมผัสกับแบบหล่อ และในที่สุดน้ำโลหะทั้งหมดก็จะกลายเป็นผลึก (Grains) หลาย ๆ ผลึก โดยมีขอบของผลึก (Grain Boundary) แบ่งแยกผลึกทั้งหลายออกจากกัน
ขนาดของผลึกแต่ละผลึกจะขึ้นอยู่กับการเติบโตขอผลึกและอัตราการเพิ่มของนิวเคลียสที่จุดเริ่มต้น คือถ้าอัตราการเติบโตของผลึก เกิด
ขึ้นอย่างรวดเร็วกว่าอัตราการเพิ่มของนิวเคลียส ผลึกจะมีขนาดใหญ่ แต่ในทางตรงกันข้าม ถ้าอัตราการเติบโตของผลึกช้ากว่าการเพิ่มของนิวเคลียสที่จุดเริ่มต้น ก็จะทำให้ผลึกนั้นมีขนาดเล็ก

    การแข็งตัวของโลหะผสม
การแข็งตัวของโลหะบริสุทธิ์ที่กล่าวมาแล้วนั้น จะเห็นว่าทำความเข้าใจได้โดยง่าย แต่สำหรับโลหะผสมนั้นจะมี การแข็งตัวที่ซับซ้อนและ
แตกตางกันออกไป ทั้งนี้ก็เพราะว่ามีการรวมตัวกันของโลหะ 2 ชนิด ซึ่งการรวมตัวกันนี้จะทำให้เกิดผลึกต่าง ๆ มากมาย โดยมีรายละเอียดดังนี้
หลังจากที่โลหะผสมที่เกิดจากการรวมกันของธาตุมากกว่า 1 ชนิดถูกเทลงสู่แบบหล่อโลหะ ผลึกของโลหะผสม ที่เกิดขึ้นจะแตกต่างจาก
ผลึกของโลหะบริสุทธิ์ ตัวอย่างเช่น โลหะผสมที่ประกอบด้วยธาตุ A และธาตุ B เกิดจากการแข็งตัว ผลึกที่เกิดขึ้นจะไม่เป็นผลึกของธาตุ A และธาตุ B แยกกันอยู่ แต่จะเป็นผลึกที่ประกอบไปด้วยธาตุ A และธาตุ B รวมกันอยู่ในลักษณะที่ธาตุ A ถูกละลายเข้าไปในธาตุ B หรือธาตุ B ถูกละลายในธาตุ A การรวมกันทั้งสองลักษณะนั้นเรียกว่า สารละลายของแข็ง (Solid Solution) แต่ในบางครั้งอาจเกิดการรวมกันของธาตุ A และธาตุ B ซึ่งธาตุทั้งสองมีปริมาณใกล้เคียงกัน การรวมกันในลักษณะดังกล่าวนี้เรียกว่า สารประกอบโลหะ (Intermetallic Compound) นอกจากสารละลายของแข็งและสารประกอบโลหะทั้ง 2 แล้ว ยังมีบางกรณีที่อาจจะพบได้ไม่บ่อยนัก คือกรณีที่ธาตุ A หรือธาตุ B หรือทั้ง A และ B จะปรากฏในสภาพผลึกบริสุทธิ์โดยไม่รวมตัวกัน

    ดังนั้น จึงอาจจะสรุปได้ว่า โครงสร้างของโลหะผสมนั้นเกิดจากปฏิกิริยา 3 ลักษณะดังนี้ สารละลายของแข็ง สารประกอบโลหะ และโลหะ
บริสุทธิ์