miniatura|Colada d'una fosa de ferro en un motllo de sorra. En aquest cas, el material obtingut s'anomena ferro colat La fosa de metall és el procés d'abocar un metall líquid a un motlle que conté una cavitat buida de la forma desitjada i llavors deixar-lo refredar i solidificar. El material solidificat també és conegut amb el nom de fosa, que després s'expulsa o es treu del motlle per completar el procés. La fosa s'utilitza sovint per fer formes complexes difícils o antieconòmiques per altres mètodes.Degarmo, pàg. 277.
Els processos de fosa se subdivideixen en dues categories principals segons el tipus de motlle emprat: motlles d'un sol ús i reutilitzables. A més a més, es poden dividir segons el material del motlle, com sorra o metall, i pel mètode d'ompliment, com gravetat, buit, o baixa pressió.Degarmo, pàg. 278.
Teoria La fosa és un procés de solidificació i això significa que el fenomen de la solidificació controla bona part de les propietats del material obtingut. A més, la majoria dels defectes que presenta la fosa ocorren durant la solidificació, com per exemple la formació de bombolles de gas (porositat gasosa) i l'encongiment del material sòlid.Degarmo, pàg. 279-280
La solidificació té lloc en dos passos: nucleació i creixement cristal·lí o cristal·logènesi. En l'etapa de nucleació les partícules sòlides comencen a formar-se dins del líquid. Quan aquestes partícules es formen, la seva energia interna és més baixa que el líquid que les envolta, i això crea una interfície d'energia entre la superfície del sòlid i el líquid. La formació d'aquesta interfície exigeix energia i per tal que la nucleació tingui lloc la partícula es refreda per sota la seva temperatura de congelació, a causa de l'energia extra necessària perquè es formin les superfícies d'interfície energètiques. Després, durant l'etapa del creixement cristal·lí s'allibera calor i la temperatura torna al nivell del punt de congelació. La nucleació té lloc preferentment sobre una superfície sòlida (partícula) preexistent perquè no és necessària tanta energia per crear una superfície d'interfície parcial, com per a una superfície d'interfície esfèrica completa. Això pot ser avantatjós perquè les foses de gra fi posseeixen millors propietats que les foses de gra gruixut. Una estructura de gra fina es pot provocar mitjançant un procés de refinament de gra o de sembrat, que és el procés d'addició d'impureses controlades per provocar la nucleació.. Degarmo, pàg. 280.
Totes les nucleacions dins un líquid són cristalls que creixen mentre el líquid residual intercanviï la calor de fusió que es posa en joc fins que no quedi més líquid. La direcció, velocitat i tipus de creixement es poden controlar per maximitzar les propietats de la fosa. El procés de solidificació direccional té lloc quan es comença a solidificar el material per un extrem i es continua fins al final; aquest és el tipus ideal de creixement de gra perquè sempre deixa material líquid per compensar l'encongiment del sòlid.
Corbes de refredament miniatura|Les velocitats de refredament moderades d'un líquid fos pot formar microestructures dendrítiques. En aquesta imatge es poden veure dendrites primàries i secundàries.
Vegeu també: Corbes de refredament
Les corbes de refredament són importants a l'hora de controlar la qualitat d'una fosa. El paràmetre més important de la corba de refredament és la "velocitat de refredament" que afecta la microestructura del material sòlid que s'obté i les seves propietats. En general, si la fosa es refreda de pressa, tindrà una estructura de gra fi, mentre que si es refreda lentament tindrà una estructura de gra gruixut. La gràfica de més avall representa una corba de refredament d'un metall pur o una mescla eutèctica, amb la terminologia habitualment emprada.Degarmo, pàg. 280-281.
500px|none|Corba de refredament d'un metall pur o mescla eutèctica
Abans de l'interval de temperatura constant tot el material és líquid, i després d'aquest tot el material és sòlid; durant el temps en què la temperatura no canvia, el material s'està convertint d'un líquid en un sòlid (canvi de fase). En aquest període coexisteixen les dues fases (sólida i líquida) en equilibri termodinàmic.Degarmo, pàg. 281.
La corba de refredament anteriorment citada descriu una situació típica d'un metall pur o mescla eutèctica; tanmateix, la majoria de les foses són aliatges que tenen unes corbes de refredament més complexes, tal com es mostre en la figura següent.
900px|Corba de refredament d'un aliatge
En aquest cas no hi ha un interval de temperatura constant. Des que comença la solidificació fins que s'acaba, la temperatura disminueix monòtonament. La relació entre el diagrama de fases i la corba de refredament s'indica clarament en la figura adjunta.
La regla de Chvorinov El temps de solidificació local es pot calcular mitjançant la regla de Chvorinov, que es formula:
En aquesta fórmula t és el temps de solidificació, V és el volum de la fosa, A és la superfície de la fosa amb contacte amb el motlle, n és una constant, i B és la constant del motlle. És molt útil determinar si el material fos se solidificarà abans de formar-se completament la fosa, Si la fosa se solidifica en els alimentadors del motlle el procés és del tot inútil.. Degarmo, pàg. 282.
El sistema de portes miniatura|Un senzill sistema de portes d'un motlle de distribució horitzontal. El sistema de portes o de portades serveix per a molts propòsits, el més important és conduir el material líquid al motlle, però també per controlar la contracció del material quan solidifica, la velocitat del líquid fos, la turbulència, i per atrapar les escòries que pot arrossegar el líquid fos. Les portes normalment es posen a la part més gruixuda del motlle per ajudar a controlar la contracció del material. Moltes vegades fan falta motlles més complexes amb més d'una porta o canals de distribució ("runners") per conduir i emplenar totes les cavitats del motlle. La velocitat del material fos també és important perquè si el líquid va massa lent pot refredar-se i solidificar abans d'omplir completament el motlle i provocar un mal funcionament del sistema. Si el material fos es mou massa de pressa, llavors el material líquid pot erosionar el motlle i contaminar la fosa final. La forma i llargada del sistema de portes també poden controlar la velocitat a la qual es refreda el material; canals curts i arrodonits o de secció quadrada minimitzen les pèrdues tèrmiques.. Degarmo, pàg. 284.
El sistema de portes pot ser dissenyat per minimitzar turbulències, depenent del material de la fosa. Per exemple, l'acer, ferro colat, i la majoria dels aliatges de coure són insensibles a les turbulències, però els aliatges d'alumini i magnesi són molt sensibles a aquestes. Pels materials insensibles a les turbulències normalment es fa servir un sistema de portes curt i obert a l'atmosfera per omplir el motlle tan de pressa com sigui possible. En canvi, pels materials sensibles a les turbulències es fan servir motlles amb canals de distribució curts per minimitzar la distància que el material ha de recórrer per entrar en el motlle. S'utilitzen tremuges d'alimentació de secció rectangular i de forma cònica ("cup" i "sprues") per evitar la formació de vòrtexs mentre el material flueix al motlle; aquests vòrtexs tendeixen a xuclar gas i escòries cap al motlle que contaminen la fosa. També es fa servir un canal de distribució llarg per dissipar l'energia cinètica del material líquid mentre cau per la tremuja cap avall, disminuint així les turbulències. L'estrangulació, que és la secció més petita en el sistema de portes que s'utilitza per controlar el flux de material fos, es posa a prop del canal d'alimentació primari per frenar i suavitzar el flux de material líquid. En alguns motlles, l'estrangulació es posa a prop de les portes per facilitat l'extracció del material solidificat, però això provoca moltes turbulències.Degarmo, p. 285. Normalment Les portes es col·loquen al fons del motlle per minimitzar turbulències i esquitxos.
El sistema de portes també pot ser dissenyat per atrapar escòries. Un mètode és aprofitar el fet que algunes escòries tenen una densitat més baixa que el material desitjat, així flotarà a la part superior del sistema de portes. Per això els alimentadors plans i llargs amb portes que surten del fons dels canals de distribució poden atrapar escòria en aquests; de totes maneres, els alimentadors plans i llargs refredaran el material més ràpidament que els alimentadors de secció quadrada o rodona. Per a materials on l'escòria té una densitat similar al material desitjat, com per exemple en l'alumini, pot ser avantatjós fer servir "passadissos" i "pous". Aquests aprofiten el fet que l'escòria es troba normalment al començament de l'abocament, per això el canal de distribució s'estén més enllà de l'última porta(portes) i els contaminants són retinguts als pous. Les pantalles o filtres també es poden utilitzar per atrapar contaminants.
És important dissenyar la mida del sistema de portes com més petita millor, perquè tot ell s'ha d'eliminar del material sòlid desitjat i manufacturat i tornar a fondre's per ser reciclat. L'eficiència o rendiment, d'un sistema de portes pot ser calculat dividint el pes de la fosa pel pes total del metall abocat. Per això, com més alt és aquest nombre més eficient és el sistema de portes/alimentadors.
Contracció Hi ha tres tipus de contracció: contracció del líquid, contracció de solidificació i la contracció d'emmotllament. la contracció del líquid rarament és un problema perquè cada vegada hi ha més material fos que està fluint al motlle darrere d'ell. La contracció de solidificació ocorre perquè els metalls són menys densos com a líquid que en estat sòlid, així durant la solidificació la densitat de metall augmenta dramàticament i el seu volum específic disminueix. La contracció d'emmotllament es refereix a l'encongiment que ocorre quan el material es refreda des de la temperatura de solidificació fins a la temperatura ambient en el motlle, per causa a causa de la contracció tèrmica.Degarmo, pàg. 285-286.
Contracció de solidificació + Contracció de solidificació de diversos metalls.. Metall Percentatge Alumini 6.6 Coure 4.9 Magnesi 4.0 o 4,2 Zinc 3.7 o 6,5 Acer baix en carboni 2.5-3.0 Acer alt en carboni 4.0 Fosa blanca 4.0-5.5 Fosa gris −2.5-1.6 Fosa dúctil −4.5-2.7
La majoria dels materials encongeixen mentre se solidifiquen, però, com es pot veure a la taula de la dreta, uns quants materials no ho fan, com per exemple la fosa grisa. Pels materials que es contrauen durant la solidificació, el tipus d'encongiment depèn de la magnitud de l'interval de refredament del material, des que comença fins que acaba la solidificació. Pels materials amb un interval de solidificació petit, menys que 50°,. . es forma una cavitat o canal a l'interior de la fosa perquè les parts més externes i amb contacte amb les parets del motlle es refreden primer i, a poc a poc, la solidificació avança fins a l'interior del material. Els metalls purs i les mescles eutèctiques normalment tenen intervals de solidificació molt petits. Aquests materials tendeixen a formar una escorça en motlles a l'aire lliure, per això es coneixen com a aliatges formadors d'escorces. Pels materials amb un interval de congelació àmplia, més gran que 110°, la major part del material que va solidificant es troba dins de l'interval de temperatures compresses entre la corba del "liquidus" i del "solidus" i això fa que es formin petites bosses de líquid atrapat a l'interior, que finalment augmentaran la porositat del material. Aquestes foses tendeixen a tenir una pobra ductilitat, duresa, i resistència a la fatiga. Per a aquests tipus de materials pot ser necessària una operació secundària que impregni la fosa amb un metall de punt de fusió més baix o una resina..