Giản đồ pha ( còn gọi là giản đồ trạng thái hay giản đồ cân bằng) của một hệ là công cụ để biểu thị mối quan hệ giữa nhiệt độ, thành phần và số lượng (tỷ lệ) các pha ( hoặc tổ chức) của hệ đó ở trạng thái cân bằng. Các hệ có giản đồ pha khác nhau và chúng được xây dựng chỉ bằng thực nghiệm. Trong thực tế không có hai giản đồ pha nào giống nhau hoàn toàn vì tương tác giữa các cấu tử xảy ra rất phức tạp từ kiểu pha, các phản ứng cho đến nhiệt độ tạo thành. Hiện nay người ta đã xây dựng được hầu hết các hệ hai cấu tử giữa các kim loại, kim loại á kim và các hệ ba cấu tử thường gặp rất thuận tiện cho việc tra cứu.
Hệ một cấu tử không có sự biến đổi thành phần nên giản đồ pha của nó chỉ có một trục, trên đó đánh dấu nhiệt độ chảy ( kết tinh) và các nhiệt độ chuyển biến thù hình
Giản đồ hệ hai cấu tử có hai trục: trục tung biểu thị nhiệt độ, trục hoành biểu thị thành phần ( thường theo % khối lượng) với những đường phân chia các khu vực theo các nguyên tắc sau:
- Xen giữa hai khu vực một pha là khu vực hai pha tương ứng
- Mỗi điểm trên trục hoành biểu thị một thành phần xác định của hệ. Theo chiều từ trái sang phải tỷ lệ cấu tử B tăng lên, còn từ phải sang trái tỷ lệ cấu tử A tăng lên, hai đầu mút tương ứng với hai cấu tử A và B nguyên chất.
Do được biểu thị trên mặt phẳng một cách chính xác nên từ giản đồ pha hệ hai cấu tử dễ dàng xác định được các thông số sau đây cho một thành phần xác định ở nhiệt độ nào đó.
+ Các pha tồn tại. Căn cứ vào điểm nhiệt độ-thành phần đã cho ( tạm gọi là toạ độ) nằm trong vùng nào của giản đồ pha sẽ có tổ chức pha tương ứng với vùng đó: nằm ở vùng một pha hợp kim có tổ chức một pha, nằm ở vùng hai pha hợp kim có tổ chức hai pha.
+ Thành phần pha: Nếu tọa độ nằm trong vùng một pha thì thành phần của pha cấu tạo nên hợp kim bằng chính thành phần của hợp kim đã chọn. Khi toạ độ nằm trong vùng hai pha việc xác định có phức tạp hơn, bằng cách kẻ đường nằm ngang qua toạ độ này, hai giao điểm của nó với hai đường biên giới với hai vùng một pha gần nhất sẽ chỉ rõ thành phần của từng pha tương ứng. + Tỷ lệ giữa các pha được xác định bằng qui tắc đòn bẩy theo nguyên tắc sau: ba điểm trên tạo nên hai đoạn thẳng mà độ dài của mỗi đoạn biểu thị tương đối của pha đối diện trong hợp kim một cách đơn giản
+ Nhiệt độ chảy kết tinh: Thường hợp kim nóng chảy ( kết tinh) trong một khoảng nhiệt độ ( bắt đầu và kết thúc) tương ứng với hai đường chay ngang suốt giản đồ, đường chạy ngang trên được gọi là đường lỏng (ở cao hơn đường này hợp kim hoàn toàn ở trạng thái lỏng), đường ngang sát ở dưới được gọi là đường rắn (ở thấp hơn đường này hợp kim hoàn toàn ở trạng thái rắn)
+ Các chuyển biến pha. Sự xuất hiện hoặc biến mất của các pha ( khi nung và khi nguội chậm) cũng như nhiệt độ xảy ra, tương ứng với các đường ở dưới đường đặc.
+ Dự đoán các tổ chức tạo thành ở trạng thái không cân bằng.
Vì vậy giản đồ pha là căn cứ không thể thiếu khi nghiên cứu các hệ hợp kim. Giản đồ pha hai cấu tử của các hệ thực tế có loại rất phức tạp, song dù phức tạp đến bao nhiêu cũng có thể coi như nhiều giản đồ cơ bản gộp lại.