液态金属冷却到 T ₀ 以下时，首先在液体中某些局部微小的体积内出现原子规则排列的细微小集团，这些细微小集团是不稳定的，时聚时散，有些稳定下来成为结晶的核心，称为晶核。当温度下降到 T ₀ 时，晶核不断吸收周围液体中的金属原子逐渐长大，液态金属不断减少，新的晶核逐渐增多且长大，直到全部液体转变为固态晶体为止，一个晶核长大成为一个晶粒，最后形成的是由许多外形不规则的晶粒所组成的晶体，如图1-8所示。

（1）金属晶核形成的方式 金属晶核形成的方式有两种，包括自发形核和非自发形核。对于理想的纯液体金属，加快其冷却速度，当温度下降到结晶温度时，将产生许多排列在一起的小原子集团，形成结晶核心，即为自发形核，是均匀形核。实际金属中往往存在异类固相质点，并且在冷却时金属总会与铸型内壁接触，因此这些已有的固体颗粒或表面被优先依附，从而形成晶核，这种方式称为非自发形核。

（2）金属晶核的长大方式 晶核形成后，液相原子不断迁移到晶核表面而促使晶核长大成晶粒。但晶核长大程度取决于液态金属的过冷度，当过冷度很小时，晶核在长大过程中保持规则外形，直至长成晶粒并相互接触时，规则外形才被破坏。反之，则以树枝晶形态生长。这是因为随过冷度增大，具有规则外形的晶核长大时需要将较多的结晶潜热散发掉，而其棱角部位因具有最优先的散热条件，因而便得到优先生长，如树枝一样先长出枝干，再长出分枝，把晶间填满。