In der Werkstofftechnik dienen Diagramme als formalisierte, zweidimensionale Repräsentation komplexer, meist mehrdimensionaler Zustandsräume. Sie stellen Beziehungen zwischen thermodynamischen, mechanischen, chemischen oder zeitabhängigen Größen dar und sind essenziell für die Vorhersage von Werkstoffverhalten, die Prozessauslegung und die Lebensdauervorhersage.

Phasen- und Zustandsdiagramme wie binäre Phasendiagramme, Niederdruck-Phasendiagramme oder T–C–Diagramme beschreiben Gleichgewichtsphasen in Abhängigkeit von Temperatur, Zusammensetzung und Druck. Sie ermöglichen die Auslegung von Wärmebehandlungsprozessen, die Auswahl von Legierungszusammensetzungen und das Verständnis von Schmelz-, Erstarrungs- und Ausscheidungsprozessen.

Zeit-Temperatur-Diagramme, insbesondere TTT- (Time-Temperature-Transformation) und CCT-Diagramme, kartieren diffusions- und diffusionslose Umwandlungen. Sie liefern kritische Informationen zur Härtbarkeit, zur Bildung metastabiler Phasen und zu optimalen Abschreck- und Anlasstrategien.

Mechanische und korrosionsbezogene Diagramme umfassen Kitagawa-Diagramme zur Bewertung von Ermüdungsfestigkeit in Abhängigkeit von Riss- oder Defektgrößen sowie Pourbaix-Diagramme (E–pH-Diagramme) zur Abschätzung von Passivität, Korrosion und Immunität metallischer Systeme in wässrigen Medien.

Neben physikalisch motivierten Diagrammen werden Datenfluss- und Strukturdiagramme zunehmend in der computergestützten Werkstoffentwicklung eingesetzt, um Simulationsketten, Datenverknüpfungen und digitale Werkstoffzwillinge abzubilden. Insgesamt sind Diagramme zentrale Werkzeuge zur Verdichtung hochdimensionaler Werkstoffdaten in interpretierbare, entwurfsrelevante Darstellungen.