Диаграмма состояния, представляет собой графическое изображение состояния сплава. Если изменяется состав сплава, то его температура, давление и состояние сплава также изменяются. Это отображается на диаграмме состояния.

Диаграмма состояния показывает устойчивые состояния, т.е. состояния, которые при данных условиях обладают минимумом свободной энергии. Поэтому диаграмма состояния может также называться диаграммой равновесия, так как она показывает, какие в данных условиях существуют равновесные фазы. Диаграмма состояния представляет собой теоретический случай, а в практике используется для рассмотрения превращений при малых скоростях нагрева или охлаждения.

Общие закономерности сосуществования устойчивых фаз, отвечающих теоретическим условиям равновесия, могут быть выражены в математической форме, именуемой правилом фаз, или законом Гиббса.

Правило фаз дает количественную зависимость между степенью свободы системы и количеством фаз и компонентов. При этом необходимо помнить, что однородная жидкость является однофазной системой, а механическая смесь двух видов кристаллов – двухфазной.

Компонентами называются вещества, образующие систему. Следовательно, чистый металл представляет собой однокомпонентную систему, сплав двух металлов – двухкомпонентную и т.д. Химические соединения можно рассматривать как компоненты лишь в том случае, если они не диссоциируют на составные части в исследуемых интервалах температур.

Под числом степеней свободы системы понимают число внешних и внутренних факторов (температуру, давление и концентрацию), которое можно изменять без изменения числа фаз в системе. Если число степеней свободы равно нулю (нонвариантная система) то, очевидно, нельзя изменять внешние и внутренние факторы системы (температуру, давление, концентрацию) без того, чтобы это не вызвало изменения числа фаз. Если число степеней свободы равно единице (моновариантная система), то возможно изменение в некоторых пределах одного из перечисленных факторов, и это не вызовет уменьшения или увеличения числа фаз.

Правило фаз представляет собой математическое выражение условия равновесия системы, т.е. уравнение правила фаз показывает количественную зависимость между числом степеней свободы системы (с) и числом компонентов (k) и фаз (f):

Диаграмма состояния представляет собой графическое изображение зависимости температур фазовых превращений в сплавах от их состава.

Каждая точка на диаграмме состояния показывает состояние сплава данной концентрации при данной температуре. Каждая вертикаль соответствует изменению температуры определенного сплава. Изменение фазового состояния сплава отмечается на диаграмме точкой. Линии, соединяющие точки аналогичных превращений, разграничивают на диаграмме области аналогичных фазовых состояний.

Кривая, характеризующая температуры, выше которых сплавы находятся в жидком состоянии, называется линией ликвидус. Кривая, соответствующая температурам, ниже которых сплавы находятся в твердом состоянии, называется линией солидус. Выше линии ликвидус сплавы находятся в жидком состоянии, а ниже линии солидус – в твердом.

По диаграммам состояния изучают природу сплавов. Диаграммы состояния позволяют определять, какую структуру будут иметь медленно охлажденные сплавы, а также решить вопрос о том, можно ли добиться изменения микроструктуры сплава в результате его термической обработки.

Вид диаграммы определяется характером взаимодействий, которые возникают между компонентами в жидком и твердом состояниях. Во всех случаях предполагают, что в жидком состоянии существует неограниченная растворимость, т.е. однородная фаза (в дальнейшем будем обозначать буквой L) существует при любом соотношении компонентов.