如图3所示，单个晶粒在结构上也是树枝状的。树枝晶结构由一个主臂组成，从主臂生长出副臂(也可能有从副臂生长出的第三臂)。这些辅助臂之间的平均距离称为“枝晶臂间距”。间距越近，越容易对铸件进行热处理，总的来说，铸件的力学性能越好。
随着晶粒的生长，它们的化学成分会发生变化。首先凝固的金属，也就是晶粒内部的金属，是最纯的(它在最高的温度开始凝固）。在铝-4.5%的铜合金中，第一种固态金属（铝）在固溶体中只含有约1%的铜。因此，它周围的液体中铝原子消耗殆尽，从而使溶质铜原子富集。在第一个凝固的晶粒周围形成的固体中溶质(铜)越来越丰富。然而，在大多数情况下，当凝固接近尾声时，剩余的液体溶质非常丰富(对于这种合金，最后冻结的液体含有33%的铜)，它通过形成共晶体凝固——这是一种混合物(不是溶液)由两个独立的相组成，每个相都是固溶体(对于铝铜合金，其中一相含铜5.7%，另一相含铜47%)。常见的共晶相有:铸铁中的石墨，铝硅合金中的硅，高温合金中的γ素。
这种随着温度下降而凝固的金属液的溶质逐渐富集是导致合金铸件中的化学偏析的原因。
组分中有局部的微小变化（化学成分不均匀），这可能增加热处理的难度，因为需要时间使原子在高温下逐步扩散到均匀。
熔化的合金也很容易溶解气体。当合金凝固时，因为气体在固体中的溶解度比在液体中少得多，因此气体将从合金液中析出。图4说明了铝中氢的情况，也可得到铁中氢和铁中氮的相似曲线。如果铸件从一端到另一端逐渐凝固，气体可能会以气泡的形式，从铸件中浮出来逸出，或者如果气泡无法逸出，气体就可能会留在铸件中形成气孔。
一般气体的来源是大气中的水分，因此在炎热潮湿的夏天比在晴朗寒冷的冬天更难生产出合格铸件。
合金的糊状或糊状性质的凝固，会导致剩余的金属液在固体枝晶之间的通道中。随着凝固的进行，这些通道变小。当金属继续收缩时(当它凝固时)，通道中的液体必须供给收缩。然而，随着通道变得越来越窄，其中的运动变得越来越困难，一些通道完全被固体堵塞，因此其中的合金液不能再填补收缩。这会导致铸件中出现小而分散的孔隙(缩松)，降低力学性能。
凝固是一个形核和生长的过程。金属晶体或晶粒，可能是树枝状的，通常是在熔体或模具中加入成核剂的帮助下成核，然后生长，直到遇到其他生长中的晶粒，耗尽液体，或被模具壁阻挡。
铸造工艺人员可以对晶粒度进行一定程度的控制，从而控制铸件中晶粒的数量。(实际上它指的是晶粒的大小，而不是它们的数量。)晶粒细化剂可以添加到熔体中(例如，铝合金中的钛硼，或铸铁中的硅铁)，或应用到型壳壁，例如，在镍基高温合金的面层浆液中添加铝酸钴。
共晶相的实际几何形状可以通过在凝固过程中添加修改形状的成分（如铝合金的变质剂）来控制。这类添加剂的例子有铝合金中的钠或锶，球墨铁中的镁。这些晶粒细化剂和共晶改性剂的加入影响凝固过程和潜热释放的速率。这种效果不是很大，但它对铸造组织有微妙的影响。
铸造工程师的目标是控制成核和晶粒生长过程。特别重要的是对凝固开始点的控制，以及凝固“前沿”(液体和固体之间的分界线)如何在铸件中移动。这是通过控制金属液充型的方式（浇注系统设计）和从铸件散热的方式来实现的。通过这种方法，既控制了凝固过程，又控制了铸件质量。
以上节选自英国材料协会编写的《INVESTMENT CASTING》一书。后期将会陆续更新翻译内容。
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