Keimbildung und Kristallwachstum kennzeichnen die Kristallisation. Für die Keimbildung werden zwei Entstehungsarten unterschieden:
- homogene Keimbildung
- heterogene Keimbildung
Voraussetzungen für die homogene Keimbildung, die sich auf einphasigen homogenen Schmelzen begründet und aus arteigenem Material entsteht, sind thermodynamische Einflüsse. Die Gleichgewichtstemperatur muss um einen bestimmten Betrag unterschritten werden, um aus dem Differenzbetrag der freien Enthalpie die treibende Kraft zur arteigenen Keimbildung zu erhalten. Eine steigende Unterkühlung verringert die Größe der wachstumsfähigen Keime.
Heterogene Keime bilden sich unter Mitwirkung von fremden Stoffen, von in der Schmelze vorhandenen oder in ihr sich unmittelbar vor der eigentlichen Kristallisation entstehenden Phasen. Diese Keime werden auch als Fremdkeime bezeichnet. Beispielsweise können dies Oxide, Carbide, Sulfide und nicht aufgelöster Graphit sein. Fremdkeime reagieren in den meisten Fällen bereits bei einer geringen Unterkühlung der Schmelze. Mit steigender Unterkühlung können auch kleinere Keime wachstumsfähig sein, so dass in der Regel auch eine größere Keimanzahl verfügbar ist und in der Folge ein feinkörnigeres Gefüge entsteht. Durch eine Schmelzeüberhitzung werden die Keimbildungsbedingungen verschlechtert, da mit erhöhter Temperatur die Löslichkeit der Keime in der Schmelze zunimmt.
Metallurgische Behandlungsverfahren wie das Impfen von Gusseisenschmelzen oder die Kornfeinung können die Keimbildung unterstützen.
