Величина верен зависит от количества зародышей кристаллизации и скорости их роста. На рис. 4 схематично показано влияние скорости охлаждения на возникновение центров кристаллизации и величину зерен. Если скорость охлаждения мала, то возникает небольшое число зародышей и в конце кристаллизации образуются крупные зерна. При большой скорости охлаждения количество зерен возрастает, но они становятся мельче. Это можно наблюдать на практике — в тонких сечениях литых деталей, где структура стали мелкозернистая, так как происходит быстрое охлаждение. Чтобы сделать зерно мелким, в металл вводят специальные вещества — модификаторы. Процесс искусственного регулирования величины зерел получил название модифицирования.

Процесс образования кристаллов носит дендритный (древовидный) характер, на что впервые обратил внимание Д. К. Чернов. Сущность его состоит в том, что после образования зародышей рост их идет по направлениям кристаллической решетки, где имеется меньшая плотность упаковки атомов. Поэтому образуются оси первого порядка, затем от них под определенными углами начинают формироваться оси второго порядка, от них растут оси третьего порядка и т. д. В результате заполняется все пространство и образуется структура (дендрит), внешне напоминающая строение дерева. Если условия кристаллизации благоприятны, то могут возникнуть огромные дендриты, достигающие в длину нескольких десятков сантиметров. Нормальные дендриты в литых металлах имеют длину, равную всего нескольким миллиметрам. После горячей механической обработки (ковки, прокатки и прессовки) дендриты вытягиваются вдоль направления течения металла и образуют волокна, которые при наилучшем расположении распределяются вдоль контура изделия. Это оказывает положительное влияние на его механические свойства.

Для определения температуры кристаллизации металла термическим методом используют термоэлектрический пирометр, состоящий из термопары и гальванометра. Термопару помещают в расплав металла и по величине термоэдс измеряют температуру охлаждения через определенные промежутки времени, получая кривую охлаждения

Теоретически кривая охлаждения имеет вид, показанный на рис. 4 (кривая 1). Здесь при охлаждении начало кристаллизации (точка А) совпадает с равновесной температурой кристаллиэа-ции Тк. Далее процесс кристаллизации до ее окончания (точка Б) проходит при постоянной температуре, так как отвод тепла компенсируется выделяющейся скрытой теплотой кристаллизации. По окончании этого процесса температура вновь начинает понижаться.

В реальных условиях затвердение металла не может происходить при равновесной температуре Тк, а начинается при более низкой температуре Тф (кривая 2), которая называется фактической температурой кристаллизации или температурой переохлаждения. Для большинства металлов температура переохлаждения очень незначительно отличается от равновесной (теоретической) температуры кристаллизации. Однако при увеличении скорости охлаждения температура Тф понижается.

Аллотропические превращения возникают в структуре кристаллической решетки некоторых металлов при изменении температуры. Они представляют собой перегруппировку атомов и переход одного вида кристаллической решетки в другой, Существование одного металла в нескольких кристаллических формах называется аллотропией, или полиморфизмом, а процесс перехода из одной кристаллической формы в другую — аллотропическим превращением.

Различные кристаллические формы металла называются аллотропическими, или полиморфными, модификациями и обозначаются начальными буквами греческого алфавита а, р, у и т. д. Буква ос обозначает модификацию металла, существующего при самой низкой температуре. Следующие буквы относятся к модификациям с более высокой температурой.

Процесс аллотропического превращения происходит при постоянной температуре и сопровождается выделением скрытой теплоты кристаллизации при охлаждении (или поглощением при нагреве). Вследствие этого аллотропическое превращение отмечается на кривой охлаждения горизонтальной линией.

Например, железо может существовать в нескольких модификациях (рис. 5). До температуры 911 °С железо имеет объемно-центрированную кубическую решетку. При 768 °С на кривой охлаждения получается ступенька, связанная не с перестройкой решетки, а с потерей магнитных свойств До этой температуры телезо магнитно и называется а-железо, а выше указанной температуры желе-80 теряет магнитные свойства и до температуры 911 °С называется железо.

В интервале температур 911—1392 °С железо образует гране-центрированную кубическую решетку и называется v-железо. Высокотемпературная модификация железа устойчивая, при температурах от 1392 °С до 1539 °С, имеет объемно-центрированную кубическую решетку а-железа и в отличие от него называется 3-железо.