Solid-solid phase transformation kinetics

Abstract

Chapter 2 of this thesis presents the investigation of the microstructural evolution of Co precipitates formed upon isochronal annealing of an initially supersaturated Au 10.12 at. % Co solid solution. It was proven, that initially plate like bcc Co precipitates have formed, which deviates from the expected stable fcc Co crystal structure. Upon prolonged annealing, i. e. with ongoing precipitation reaction, the bcc Co was transformed into fcc Co accompanied with a morphological change of the Co precipitate shape from plates to equiaxed particles. Quantitative (high resolution) transmission electron microscopy (HR)TEM analysis and a thermodynamic examination were done. In chapter 3 the microstructural evolution and the kinetics of the precipitation of Co from an initially supersaturated Au – 10.12 at.% Co upon isothermal and isochronal annealing were described. The precipitation reaction was followed by DSC, XRD, (HR)TEM and microhardness measurements in order to understand the microstructural evolution. The isothermal and isochronal precipitation kinetics were analyzed using analytical expressions for the description of the phase transformation applying the modular phase transformation model in combination with an appropriate impingement correction. In chapter 4 the kinetics of the precipitation of coherent, spherical fcc Co from an initially supersaturated Cu – 0.95 at. % Co solid solution upon isochronal annealing is described. The precipitation reaction was followed by DSC and (HR)TEM. Kinetic parameters were obtained from an analytical modular model approach of phase transformation kinetics. A special case of the application of this approach is presented. In chapter 5 the microstructural evolution of the allotropic hcp to fcc phase transformation in bulk Co upon isochronally conducted thermal cycling experiments as well as the corresponding kinetics were investigated. Therefore, differential scanning calorimetry (DSC), X ray diffractometry (XRD) and light optical microscopy (LM) were applied. The phase transformation kinetics was described by an appropriate modular model approach accounting for the nucleation, growth and impingement modes. The evolution of the microstructure upon annealing and the kinetics, depending on the thermal pre treatment, were successfully described.

Im Kapitel 2 dieser Doktorarbeit wird die Entwicklung der Mikrostruktur durch Ausscheidungsbildung von Co während einer isochronen Wärmebehandlung aus einer anfänglich übersättigten Legierung Au - 10.12 at.% Co präsentiert.Es wurde gezeigt, dass sich anfänglich plattenförmige krz (kubisch-raumzentriert) Co Ausscheidungen bilden, im Gegensatz zur erwarteten stabilen kfz (kubisch-flächenzentriert) Co-Kristallstruktur. Im weiteren Verlauf der Wärmebehandlung, d.h. mit weiterlaufender Ausscheidungsreaktion, findet einer Umwandlung von krz nach kfz Co statt, in Verbindung mit einer Morphologieänderung von plattenförmige zu äquiaxialen Teilchen. Quantitative (hochauflösende) Elektronendurchstrahlungsmikroskopie (HR)TEM und einer thermodynamische Auswertung wurden durchgeführt. In Kapitel 3 wird mikrostrukturelle Entwicklung und die Kinetik der Ausscheidung von Co aus einer anfänglich übersättigten Au - 10.12 at.% Co während einer isothermen und isochronen Wärmebehandlung beschrieben. Die Ausscheidungsreaktion wurde mittels DSC (Scannende Differenzial Kaloriemetrie), XRD (Röntgendiffraktometrie), (HR)TEM und Mikrohärtemessung verfolgt, um die mikrostrukturelle Entwicklung zu verstehen. Die isotherme und isochrone Ausscheidungskinetik wurde mittels analytischer Ausdrücke für die Beschreibung von Phasenumwandlungen im Rahmen des modularen Phasenumwandlungsmodells analysiert, in Kombination mit einer entsprechenden Zusammenstoßkorrektur. Im Kapitel 4 wird die Kinetik der Ausscheidung von kohärenten, kugelförmigen kfz Co-Teilchen aus einer anfänglich übersättigten Cu - 0.95 at.% Co Legierung während einer isochronen Wärmbehandlung beschrieben. Die Ausscheidungsreaktion wurde mittels DSC und (HR)TEM verfolgt. Die kinetischen Parameter wurden durch Analyse unter Anwendung eines analytischen modularen Modells für Phasenumwandlungen bestimmt. Ein Spezialfall der Anwendung dieses Modells wird präsentiert. In Kapitel 5 werden die mikrostrukturelle Entwicklung der allotropen Phasenumwandlugn von hdp (hexagonal-dichtgepackt) nach kfz in festem Co während eines isochron durchgeführten thermischen Zyklierexperiments, sowie die dazugehörige Kinetik untersucht. Dazu wurden Untersuchungen mittels DSC, XRD und Lichtmikroskopie durchgeführt. Die Phasenumwandlungskinetik wurde mittels eines modularen Modells unter Berücksichtigung einer entsprechenden Keimbildungs-, Wachstums- und Zusammenstoßbeschreibung beschrieben. Die Entwicklung der Mikrostruktur während der Wärmebehandlung und die Kinetik, abhängig von der Wärmevorbehandlung, werden erfolgreich beschrieben.