Типичной составляющей структуры отливки являются дендриты — древовидные разветвленные кристаллы. Дендритное строение металла выявляется на макрошлифах. Каждый дендрит образует отдельное макрозерно. При травлении в зерне выявляются системы осей, располагающиеся под определенными углами одна к другой: главные оси 1-го порядка и оси 2-го порядка. Границы между дендритами выявляются менее отчетливо, чем между округлыми зернами, которые также могут возникнуть в литой структуре. Наблюдения за последовательностью роста отдельных дендритов показывают, что их оси растут с преобладающей продольной скоростью, при этом скорость роста осей 1-го порядка больше скорости роста осей 2-го порядка, в свою очередь скорость роста осей 2-го порядка больше скорости роста осей 3-го порядка и т.д.
Макрозерно имеет, как правило, неопределенную внешнюю форму, а его размеры колеблются от десятых долей до десятков миллиметров в зависимости от скорости затвердевания.
Зависимость отражает реальный факт неоднородности размера зерна по сечению толстостенных, а также разностенных отливок. Крупнозернистая структура вследствие пониженной скорости затвердевания, особенно в центре толстых стенок, характеризуется низкими механическими свойствами и вызывает, таким образом, разнопрочность тонких и толстых сечений отливки.
Общепринято считать, что типичным является кристаллическое строение тела отливки, состоящее из трех макроструктурных зон: внешней мелкозернистой, расположенной за ней зоны столбчатых кристаллов и центральной зоны равноосных кристаллов.
Внешняя зона образуется вследствие значительного переохлаждения в условиях появления большого числа зародышей, возникающих из-за интенсивного охлаждения и большой скорости затвердевания. Изучение структуры на микроскопическом уровне показало, что по соотношению осевых размеров кристаллы близки к равноосным, но их оси 1-го порядка нормальны к поверхности отливки. Образовавшиеся во внешней зоне кристаллы могут расти только в глубь металла в направлении, также нормальном поверхности охлаждения, и превращаются в столбчатые кристаллы. Если металл заливают при низкой температуре нагрева, то зона столбчатых кристаллов не образуется. В случае заливки при очень больших перегревах столбчатые кристаллы достигают оси отливки. Такое явление называют транскристаллизацией.
Далее скорость роста столбчатых кристаллов замедляется, в расплаве появляются центры кристаллизации. Рост этих зародышей тормозит рост столбчатых кристаллов, и они образуют неориентированные крупные кристаллы центральной части слитка с беспорядочным направлением осей 1-го порядка.
В зависимости от состава сплава, конфигурации отливки, условий заливки и кристаллизации в отливках или отдельных их сечениях та или иная зона может отсутствовать из-за преимущественного развития других зон. Например, при односторонне направленном затвердевании тело отливки будет состоять только из столбчатых кристаллов. В отливках лопаток газовых турбин столбчатые кристаллы расположены вдоль оси главных растягивающих напряжений, возникающих в лопатках, что существенно повышает их жаропрочность. Другим примером использования только столбчатых кристаллов являются постоянные магниты, столбчатые кристаллы в которых направлены вдоль оси магнита. В эвтектических сплавах второй фазой часто является высокопрочный интерметаллид, который формируется вдоль направления роста столбчатых кристаллов и дает значительный эффект упрочнения.