Un diagramma di fase – detto più comunemente diagramma di stato – è un particolare diagramma cartesiano riferito a una sostanza pura o a una miscela, che rappresenta lo stato del sistema termodinamico in esame al variare di due o più coordinate termodinamiche (temperatura, pressione, volume, composizione chimica).

Indicando con T la temperatura, p la pressione, V il volume e z la composizione espressa in frazione molare, possono essere tracciati i diagrammi di fase p-T di una sostanza pura, T-z e/o p-z di una miscela binaria, p-V-T di una miscela ternaria. Uno dei diagrammi di stato più usato, più studiato e più noto è quello relativo al ferro e al carbonio.

Poiché in condizioni normali il ferro e il carbonio si combinano per dar luogo al composto interstiziale detto cementite, il diagramma di stato ferro-carbonio in realtà è il digramma di fase ferro-cementite. Questo importantissimo diagramma è alla base di tutti i trattamenti termici, termochimici e termomeccanici.

La maggior parte dei trattamenti termici degli acciai si basa sulla trasformazione di un composto, detto austenite, al variare della temperatura e della percentuale di carbonio presente nel materiale di base. Nei trattamenti termici eseguiti nella pratica industriale si è tuttavia distanti dalle condizioni di equilibrio del diagramma ferro-cementite: ad esempio durante la fase di riscaldamento le condizioni di austenizzazione acquistano particolare importanza, poiché esse condizionano sia la distribuzione del carbonio e degli elementi di lega, sia le dimensioni dei garni, tutti fattori che esercitano una notevole influenza sulle trasformazioni strutturali degli acciai durante il loro raffreddamento.

Molti degli addetti ai lavori condividono il fatto che alcuni obiettivi sembrano inderogabili come migliorare l’efficienza e l’affidabilità nel settore dei trasporti, sviluppare prodotti più resistenti e di maggior durata, elevare al massimo le prestazioni ingegneristiche di prodotti di precisione per il settore dell’elettronica, aumentare la potenza e la sostenibilità nel settore energetico, potenziare la qualità delle protezioni nelle applicazioni per la sicurezza della difesa e affinare le prestazioni dei processi industriali. Sapranno i diagrammi di stato dare il giusto contributo per rilanciare l’industria 3.0?