На процесс кристаллизации оказывают влияние не только степень переохлаждения, но и такие факторы, как скорость и направление отвода тепла, наличие конвекционных потоков жидкости и др. Естественно, что в направлении отвода тепла скорость роста кристаллов более высока, чем в других направлениях. Благодаря этому образуется древовидный кристалл, или так называемый дендрит. Схему строения дендритного кристалла впервые изобразил Д. К. Чернов (рис. 1.14, а).
Начало формирования дендрита происходит с зарождения и последующего роста вдоль направления отвода тепла (ось первого порядка). Вдоль этой оси формируется ствол дендрита, от которого образуются ветви (вдоль осей второго и последующих порядков). С увеличением скорости охлаждения при кристаллизации размеры самого дендрита и расстояния между его ветвями уменьшаются. При медленном охлаждении дендрит может достигнуть больших размеров.
Образующийся в процессе кристаллизации металлический слиток приобретает поликристаллическое строение, состоящее из большого количества кристаллов, отличающихся друг от друга формой, размерами и ориентировкой в пространстве. Кристаллизация слитка начинается от стенок металлической изложницы, в которую при определенной температуре заливают жидкий металл.

Рис.1.14 Схемы строения древовидного кристалла (а) и металлического слитка (б)
Жидкий металл у стенок изложницы охлаждается быстрее, чем в глубине, и поэтому в этой зоне имеет место сравнительно высокая степень переохлаждения. В результате там создаются условия для зарождения большого числа центров кристаллизации. Более того, многочисленные микронеровности внутренней поверхности самих стенок являются также центрами кристаллизации. Таким образом, в слитке образуется тонкая поверхностная зона 1, состоящая из мелких равноосных кристаллов (рис. 1.14, б). Вслед за зоной 1 образуется зона 2, состоящая из удлиненных дендритных кристаллов (столбчатых кристаллов). Эта зона характеризуется меньшей скоростью охлаждения и четко выраженным направлением отвода тепла перпендикулярно стенкам изложницы. В результате кристаллы получают вытянутую форму.
В центральной части слитка формируется зона 3, в которой образуются равноосные кристаллы. Это объясняется тем, что в этой зоне исчезает какое-нибудь предпочтительное направление отвода тепла. Поэтому создаются условия для возникновения и роста зародышей с одинаковой скоростью но всем трем пространственным направлениям. Однако при большой скорости охлаждения и небольших размерах слитка зона 3 может не сформироваться и тогда произойдет сращивание встречных столбчатых кристаллов. Это явление называют транскристаллизацией.
Качество металлического слитка определяется многими факторами. В жидком металле могут находиться растворенные в нем легкоплавкие неметаллические примеси, примеси других элементов, газы (кислород, водород, азот и др.), а также нерастворимые твердые тугоплавкие примеси различных размеров и составов. От характера распределения этих примесей по объему слитка зависят свойства образующегося металлического слитка. Если жидкий сплав состоит из нескольких компонентов, то дендриты вдоль осей первого порядка и непосредственно прилежащих к ним частей осей других порядков обогащены тугоплавкими компонентами, а в других частях и межосных пространствах присутствуют легкоплавкие компоненты. В связи с этим при незавершенности диффузионных процессов, выравнивающих состав, может возникнуть внутри зерен - дендритов неоднородность по химическому составу, которую называют дендритной ликвацией. Этот дефект ухудшает прочностные и пластические свойства закристаллизовавшегося металла. В процессе охлаждения и кристаллизации жидкой фазы уменьшается растворимость находящихся в ней газов, которые при большой скорости роста кристаллов могут образовывать в твердой фазе газовую пористость. Оставшиеся в дендритах в растворенном состоянии газы по мере охлаждения слитка и снижения их растворимости образуют дисперсные частицы оксидов, нитридов и других соединений, которые отрицательно сказываются на сопротивлении металла циклическим нагрузкам.
Кроме перечисленных дефектов в металлическом слитке могут формироваться и другие дефекты, например усадочная раковина (сосредоточенная пустота). Образование усадочной раковины вызвано тем, что по мере охлаждения объем, занимаемый жидким металлом, уменьшается. А затвердевший металл в свою очередь по сравнению с жидким имеет меньший объем. В связи с этим происходят постепенное опускание уровня жидкой фазы и формирование в верхней части слитка усадочной раковины (см. 4 на рис. 1.14, б). Верхнюю часть слитка с усадочной раковиной называют прибылью, которую затем отрезают и для обработки давлением используют только здоровую часть слитка без прибыли.
При обработке металлического слитка давлением (ковкой, штамповкой, прокаткой и другими способами) столбчатые и равноосные кристаллы вытягиваются вдоль направления усилий. Крупные неметаллические включения расплющиваются и разрушаются. Стенки газовых включений соединяются и свариваются, что приводит к устранению газовой пористости. Однако наряду с положительными эффектами может наблюдаться скопление легкоплавких неметаллических включений по границам вытянутых зерен. Это приводит к снижению прочности металла при растяжении и изгибе в поперечном направлении, а при срезе и сжатии в продольном.
Все вышеперечисленные особенности структуры металлического слитка учитываются при выборе металла и технологий его обработки в целях получения необходимых свойств в соответствии с условиями эксплуатации деталей и изделий.