Твердые растворы внедрения образуются при значительно меньшей концентрации растворяемого компонента (С, Н, N, В) и имеют решетку металла растворителя, тогда как фазы внедрения имеют свою решетку, отличную от решеток обеих фаз. Графическое изображение равновесных фазовых состояний сплавов в зависимости от температуры и концентрации называют диаграммой состояния.
При помощи диаграмм состояния для данных равновесных условий можно определить число фаз в системе, относительное количество каждой из фаз, состав каждой фазы и ее природу (чистый компонент, твердый раствор, соединение), также определить температуры плавления, затвердевания и аллотропических превращений в сплавах.
Диаграммы состояния строятся на основании результатов экспериментальных исследований структуры и свойств сплавов различного состава. Температуры фазовых превращений (критические точки) каждого состава определяются по скачкообразному изменению температуры или объема системы, фиксируемому на кривых температура – время, или температура – объем в процессе охлаждения или нагрева сплава. Критические точки, определенные по кривым охлаждения различных сплавов, переносят на поле диаграммы состояния. Экспериментальные точки, соответствующие температурам начала или конца кристаллизации, температурам начала распада твердых растворов, соединяют плавными кривыми. Проведенные фазовые линии на диаграмме состояния отделяют друг от друга области различных состояний.
Числом степеней свободы, или вариантностью системы, называют совокупность параметров, характеризующих состояние равновесной системы, которые могут независимо принимать переменные значения без изменения числа фаз в системе. Внешними факторами равновесия (Р) являются температура и давление.
При работе в атмосферных условиях для металлического сплава определенного состава внешним фактором равновесия является только температура, так как давление практически постоянно (р = 1).
При С = 0 в равновесии находится максимальное число фаз и система называется нонвариантной (безвариантной). Такое состояние системы возможно только при определенных и единственных значениях внешних условий и состава фаз и ни один из факторов, определяющих состояние системы, не может быть изменен без нарушения равновесия.
При С = 1 в системе можно изменить внешний фактор равновесия – температуру без изменения числа фаз, т. е. состояния системы.
