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Solid state phase transformation kinetics: a modular transformation model

  • Eric J. Mittemeijer und Ferdinand Sommer EMAIL logo
Veröffentlicht/Copyright: 31. Januar 2022
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Abstract

A modular model for the kinetics of solid state phase transformations has been discussed, recognising three mechanisms: nucleation, growth, and impingement of growing new phase particles. For each of the three constituting mechanisms, several model descriptions can be incorporated. The choice for one specific (mathematical) description is based on microstructural information, thermodynamic data and available knowledge of the kinetics about the phase transformation concerned. The model is valid for both isothermally as well as non-isothermally conducted transformations. The model kinetic parameters are independent of the time – temperature program. In certain specific cases, the model can be simplified such that it reduces to so-called Johnson-Mehl-Avrami kinetics. From the kinetic model a method resulted to obtain the activation energies for nucleation and growth separately. The model has been applied successfully to a number of diverse transformations, involving the crystallisation of Pd40Cu30P20Ni10, the crystallisation of amorphous Mg –Cu and the austinite-ferrite transformation in Fe –Mn alloys.

Abstract

Es wird ein modular aufgebautes Modell für Festkörperphasenumwandlungen vorgestellt, basierend auf drei Prozessen: Keimbildung, Wachstum und Zusammentreffen der wachsenden Teilchen der neuen Phase. Für jedes der drei konstituierenden Prozesse können unterschiedliche Modellbeschreibungen eingesetzt werden. Die Auswahl für eine spezielle Beschreibung der betrachteten Phasenumwandlung stützt sich auf vorliegende Informationen zum Gefügeaufbau, zu thermodynamischen Daten und zum kinetischen Verhalten. Die Beschreibung gilt sowohl für isotherm als auch nicht-isotherm durchgeführte Phasenumwandlungen. Die kinetischen Parameter des Modells sind unabhängig vom vorliegenden Zeit –Temperatur-Programm. Für spezielle Randbedingungen kann das Modell so vereinfacht werden, dass sich die analytische Beschreibung für Phasenumwandlungen nach dem Modell von Johnson-Mehl-Avrami ergibt. Die hier vorgestellte Modellbeschreibung ermöglicht es die Aktivierungsenergie der Keimbildung und des Wachstums getrennt zu bestimmen.

Das Modell wurde zur Beschreibung unterschiedlicher Phasenumwandlungen erfolgreich angewendet, wie für die Kristallisation der amorphen Legierungen Pd40Cu30P20Ni10 und Mg–Cu, sowie für die Austenit– Ferrit-Umwandlung in Fe – Mn-Legierungen.


Prof. Dr. Ferdinand Sommer Max Planck Institute for Metals Research Heisenbergstr. 3, D-70569 Stuttgart, Germany Tel.: +49 711 689 3316 Fax: +49 711 689 3312

  1. The authors are deeply indebted to Dr. A. T. W. Kempen, who, as a Ph. D. student, played a cardinal role in the development of the insights that led to this review paper.

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Received: 2002-02-19
Published Online: 2022-01-31

© 2002 Carl Hanser Verlag, München

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