En métallurgie, et en science des matériaux en général, on s'intéresse à deux phénomènes :
Dans les deux cas, la formation de cette phase hétérogène se fait en deux étapes :
En phase solide, après la croissance des précipités, ces derniers peuvent continuer d'évoluer par coalescence. Enfin, il existe également un mode de précipitation particulier, la décomposition spinodale.
Dans le cas de la solidification, la germination se fait en général lors du refroidissement.
Prenons le cas d'un corps pur. Pour une pression P donnée, en dessous d'une température Tf donnée (le point de fusion, dépendant de la pression), seule la phase solide est stable, donc en théorie, la température reste stable à Tf(P) le temps que tout le liquide se solidifie (la solidification libère de la chaleur, la chaleur latente de fusion, qui compense la diminution de température).
Dans les faits, on assiste à de la surfusion : les cristaux créés à Tf sont dissous par l'agitation thermique. Il faut que la température baisse suffisamment pour que ces micro-cristaux soient stables ; on peut amorcer la germination en mettant un inoculant (ce sont des grains ou atomes interstitiels amenés volontairement pour accélérer le processus de germination et rendre l'alliage plus résistant et plus dur; on parle aussi d'impuretés (des grains d'une composition différente qui ne fondent pas et qui vont former l'amorce des cristaux)). Ces impuretés améliorent les caractéristiques de l'alliage formé car elles provoquent une formation plus élevée, et en plusieurs endroits, de germes qui eux donneront naissance aux grains.
Thermodynamiquement, la création d'un cristal libère de l'énergie mais en nécessite aussi du fait de la création d'une interface solide-liquide (tension superficielle) ; pour que la germination se fasse, il faut que celle-ci soit favorable thermodynamiquement, c'est-à-dire que l'énergie libérée par la mise en ordre des atomes compense la tension superficielle.
La précipitation en phase solide a lieu au sein d'un alliage. En général, on a un métal majoritaire M contenant une quantité minoritaire d'alliage A. Lorsque la concentration en élément d'alliage A est faible, on a une phase homogène constituée d'une solution solide de A dans M (voir l'article Défaut ponctuel).
Lorsque la concentration de A dépasse une valeur limite Cs(T), il y a formation de cristaux d'un alliage stœchiométrique, en général ordonné, de M et de A : MmAa (m et a étant les proportions stœchiométriques). Ce faisant, l'alliage s'appauvri en A, le processus s'arrête donc lorsque la concentration globale de A dans le M restant est devenue inférieurs à Cs(T). Si A est aussi un métal, MmAa est appelé « intermétallique ».
Si l'on augmente la température et que Cs(T) devient supérieur à la concentration de A dans la phase M, on assiste alors à une dissolution des précipités, toujours en phase solide.
Par exemple, un acier ou une fonte est un alliage de fer contenant une faible proportion de carbone. Dans certaines conditions de température, il peut se former des précipités de carbure Fe3C (cémentite)au sein de l'acier ou de la fonte.
Le phénomène est en fait plus complexe car il y a en général plusieurs éléments d'alliage qui influencent la stabilité des phases.
La précipitation en phase solide se fait également lors d'un refroidissement lent (une trempe peut empêcher la précipitation).
Dans le cas des alliages d'aluminium, localement, la sursaturation en élément d'alliage provoque une mise en ordre des atomes qui viennent former une zone dite de « Guinier-Preston » ou « zone G-P ». Cette zone de Guinier - Preston forme l'amorce de germe : ce n'est pas encore un cristal ordonné. Le mouvement des atomes de l'élément d'alliage a appauvri le mélange localement, et cet appauvrissement est compensé par une migration des atomes, la diffusion. La zone de Guinier-Preston est donc alimentée en atomes d'élément d'alliage, et peut donc se transformer en germe.
Comme dans le cas de la solidification, la tension superficielle fait que la germination a lieu en dessous de la température de dissolution du précipité.