金屬結晶，是指由晶核核心形成和晶核長大兩個基本過程組成的，即金屬是從自液態冷卻轉變為固態的過程，是原子從不規則排列的狀態過渡到原子規則排列的晶體狀態的過程。
金屬結晶過程
金屬鍵
在固體或液態金屬中，由自由電子與金屬離子之間的靜電吸引力組合而成。金屬鍵沒有固定的方向，是非極性鍵。
晶體
由結晶物質構成的、其內部的構造質點(如原子、分子)呈平移周期性規律排列的固體。
單晶體
晶體內原子按周期性規則排列，如食鹽、雪花和冰糖等
冰糖
食鹽
雪花
多晶體
晶體內每個局部區域內原子按周期性規則排列，但不同局部區域原子排列方式不同，如沙子、陶瓷、金屬等
沙子
陶瓷
單晶體與多晶體的比較
單晶體（左）與多晶體（右）
結晶的微觀過程
晶粒
多晶體材料內以晶界分開的晶體學取向基本相同的晶體。
晶界
多晶體內相同的相但晶體學取向不同的晶粒之間的邊界。
鑄錠中的等軸晶與柱狀晶
柱狀晶
液態金屬凝固時，在定向散熱的條件下，形成的近乎平行的長柱形晶體。
等軸晶
液態金屬結晶過程中，在各個晶軸方向得到均等發展的晶體。
細化晶粒的方法
1. 控制過冷度 形核率和長大速度都與過冷度有關，增大結晶時的過冷度，形核率和長大速度均隨之增加，但形核率的增長率大於長大速度的增長率。 增加過冷度的方法主要是提高液態金屬的冷卻速度。措施：1. 採用金屬型或石墨型代替砂型，局部加冷鐵，採用水冷鑄型。2. 降低澆注溫度和澆注速度，使鑄型溫度不至於升高太快，延長凝固時間，晶核數目增多，獲得細小晶粒。
2. 變質處理 在澆注前往液態金屬中加入形核劑，促進形成大量的非均勻晶核來細化晶粒。
3. 振動、攪拌 對即將凝固的金屬進行振動和攪拌，一方面，是輸入能量使晶核提前形成，另一方面，是使成長中的枝晶破碎，使晶核數目增加
相
在金屬和合金中，凡是成分相同、結構相同，並與其他部位有界面分開均勻組成部分稱為相。
共晶反應
從液體中同時結晶出兩種晶體的轉變過程
包晶反應
包晶反應是指由一種液相和一種固相生成一種新的固相的反應，通常認為在此反應中有先存固相被消耗或被再吸收的現象存在。而加熱時，包晶反應是指異元熔化，即由一種固相熔化為一種不同成分的液相和一種新的固相。
共析反應
自某一種均勻一致的固相中同時析出兩種化學成分和晶格結構完全不同的新固相的轉變過程。
勻晶相圖
二組元在液態時完全互相溶解，在固態時也能互相溶解，並形成無限固溶體的合金系，其相圖稱為勻晶相圖。
共晶相圖
凡二組元在液態時完全互溶，在固態時形成兩種不同的固相，並發生共晶轉變的合金系，其相圖稱為共晶相圖。
包晶相圖
凡二組元在液態時完全互溶，在固態時形成有限固溶體，並發生包晶轉變的合金系的相圖。