Диаграмма состояния сплавов — это графическое изображение фазового состава в зависимости от температуры и концентрации компонентов.

Диаграммы состояния строят для условий равновесия при очень медленном нагреве и охлаждении. Общие закономерности существования устойчивых фаз, отвечающих теоретическим условиям равновесия, могут быть выражены в математической форме, именуемой правилом фаз Гиббса. Оно дает количественную зависимость между степенью свободы системы и количеством фаз и компонентов.

Под числом степеней свободы (вариантностью) системы понимают число внешних и внутренних факторов (температура, давление и концентрация), которые можно изменять без изменения числа фаз в системе.

Математическое выражение правила фаз записывается в виде

С = К — Ф + 2,

где С — число степеней свободы системы; К — число компонентов, образующих систему; Ф — число фаз, находящихся в равновесии; 2 — число изменяющихся внешних факторов (температура, давление).

Для металлических систем, когда давление мало влияет на фазовое равновесие, уравнение примет вид

С = К — Ф + 1.

Если число степеней свободы равно нулю (С = 0), то данное число фаз может существовать только при постоянной температуре, а система называется нонвариантной (безвариантная). Если число степеней свободы равно единице (С = 1), то данное число фаз может существовать при изменяющейся температуре, а система называется моновариантной.

Диаграммы состояний строят по кривым охлаждения методом термического анализа для сплавов конкретной концентрации компонентов. По точкам перегиба или площадкам на кривой охлаждения, связанным с тепловыми эффектами превращений, определяют температуры соответствующих превращений. Для двухкомпонентной системы по оси абсцисс откладывается концентрация сплава (сумма концентраций компонентов равна 100%), а по оси ординат — температуру.

В зависимости от условий растворимости компонентов друг в друге в твердом состоянии различают четыре основные диаграммы состояния I, II, III и IV рода.