Превращения в сплавах в твердом состоянии, протекающие с изменением числа и состава фаз, называют фазовыми превращениями в твердом состоянии.
Различают два типа фазовых превращений, протекающих в сплавах в твердом состоянии: диффузионные превращения, сопровождающиеся появлением фаз с измененным химическим составом, и бездиффузионные превращения, протекающие без изменения химического состава фаз.
Центры кристаллизации возникают преимущественно на границах зерен, где кристаллическая решетка сильно искажен и имеет большое число дефектов. Между новой и исходной фазами в течение некоторого времени сохраняется размерное и структурное соответствие (новая и старая фазы имеют общие слои атомов). Зародыш новой фазы ориентирован по отношению к исходной фазе таким образом, что сопрягается с ней кристаллографическими плоскостями, наиболее сходными по структуре и размерам. Чем ближе это сходство, тем интенсивнее происходит образование зародышей новой фазы; в случае большого различия структур зародыша и исходной фазы превращение протекает с образованием промежуточных фаз (например, при термическом старении дюралюмина).
Возникновение и рост зародышей новой фазы приводит к появлению внутренних напряжений, обусловленных
Искажениями кристаллических решеток на границе раздела фаз, а также различием удельных объемов исходной и вновь образующейся фазы. Подвижность атомов в твердой среде значительно меньше, чем в жидкой.
Искусственное изменение структуры и свойств металла и сплава, находящихся в твердом состоянии, путем последовательного проведения процессов нагрева, выдержки и охлаждения, называется термической обработкой.
При нагреве происходит рост зерна аустенита. Большинство легирующих элементов тормозит рост зерна аустенита. К таким элементам относятся титан, цирконий и ванадий. Менее сильно замедляют рост хром, вольфрам и молибден. Марганец и фосфор увеличивают склонность зерна аустенита к росту.
Зерно в стали, которое получается после различной обработки (горячей обработки давлением, термической и др.) и наблюдается при рассмотрении стали в микро-скоп, называется действительным зерном. От размера действительного зерна зависят механические свойства, особенно ударная вязкость, значительно понижающаяся с увеличением размера зерна.