Legierungen
Für viele Anwendungsbereiche reichen die Eigenschaften der reinen metallischen Werkstoffe nicht aus. Durch Zugabe von zusätzlichen Elementen im gescholzenen Zustand erreicht man die gewünschten Eigenschaften. Eine Legierung ist ein Gemenge mit metallischem Charakter aus zwei oder mehr chemischen Elementen, von denen mindestens eines ein Metall ist. Der Schmelzpunkt einer Legierung ist niedriger als der des reinen Metalls. Die Eigenschaften einer Legierung wie z.B. Festigkeit, Härte oder Schmelzpunkt unterscheiden sich oft erheblich von den Eigenschaften der in einer Legierung enthaltenen Einzelmetalle. Stahl wird z.B durch Zulegieren von Chrom korrosionsbeständig (nichtrostend).
In der Mischkristall-Legierung verteilen sich die Atome des Legierungselementes beim Erstarren der Schmelze im ganzen Kristallgitter des Grundmetalls. Mischkristall-Legierungen sind gut umformbar, aber fester als die reinen Grundmetalle. Mischkristall-Legierungen bildet z.B. Eisen mit den Legierungselementen Chrom, Wolfram und Vanadium.
In den Kristallgemisch-Legierungen lagern sich beim Erstarren die Atome des Legierungselementes und die des Grundmetalls getrennt zu eigenen Kristallen zusammen. Diese Legierungen besitzen eine erhöhte Festigkeit gegenüber dem reinen Grundmetall, lassen sich aber schwer umformen.
Werkstofffehler
Der Kristallaufbau von reinen Metallen und Legierungen ist nicht immer ohne Fehler. Bei der Abkühlung der Schmelze können unterschiedliche Werkstofffehler auftreten. Transkristallisation ist unerwünscht, weil sich besonders in den Ecken Verunreinigungen bilden. Das vermindert die Festigkeit der Kristalle und führt bei Warmverformung zum Aufreißen der Kristalle. Transkristallisation kann durch eine niedrige Schmelztemperatur, schnelles Abkühlen der Schmelze und Zusetzen von Aluminium oder Titan vermieden werden.
Die meisten flüssigen Metalle ziehen sich nach dem Giessen beim Abkühlen zusammen. Besonders beim Erstarren verringert sich das Volumen oft sprunghaft. Nur bei Grauguss, Wismut und Silizium vergößert sich das Volumen beim Erstarren. Weil die Kristalle von außen nach innen wachsen und die jeweils hinzukommenenden Kristalle beim Erstarren ihr Volumen verringern, nimmt der Flüssigkeitsspiegel der Restschmelze stetig ab. Dadurch entsteht im Kopf des Blocks ein Hohlraum (Blocklunker). Blockteile, die Lunker enthalten, müssen abgeschnitten werden. Eine starke Lunkerbildung kann durch Flüssighalten des Blockkopfes, durch langsames Gießen und eine niedrige Gießtemperatur vermieden werden.
Die Metallschmelze kann große Gasmengen aufnehmen. Diese Gase stammen aus der Luft, aus den Verbrennungsgasen oder aus der Reaktion der Schmelze. Die Gase vereinigen sich zu Gasblasen und versuchen im flüssigen Metall aufzusteigen. Man bezeichnet dies als das „Kochen“ der Schmelze.
Einschlüsse gelangen von außen in die Schmelze. Sie bestehen aus kleinen Teilchen, die z.B. von der Ausmauerung abschmelzen oder aus nicht aufgelösten Resten von Legierungen. Die gleichmäßg verteilten, feinen Einschlüsse schaden weniger als große Einschlüsse und Ansammlungen.
Entmischt sich eine anfänglich gleichmäßig zusammengesetzte Schmelze, spricht man von Seigerung. Die Seigerung tritt vor allem bei solchen Legierungen auf, bei denen Primärkristalle und Restschnelze deutlich unterschiedliche Dichten haben. Man kann dies teilweise durch schnelles Gießen vermeiden.
