상변태의 종류는 세 가지. 1 단순확산변태는 순금속의 응고, 재결정 및 결정립 성장. 2 확산변태는 상의 조성과 수에 변화있고 최종 미세구조는 두개의 상. 3 무확산변태로 준안정상 얻어짐.
상변태의 진행은 핵생성(nucleation)과 성장(growth).
핵생성은 균일 및 불균일 핵생성 있음. 균일 핵생성은 모상 전반에 균일하게 생성. 불균일 핵생성은 용기 표면, 불용성 불순물, 결정립계, 전위 등 불균질한 곳에 우선적 생성.
균일 핵생성 : 저유에너지 변화량 델타G는 계면에너지와 상변화델타G로 구성. 계면 에너지가 양수이므로 임계 반지름 r*를 넘어서야 핵생성. 임계반지름r*와 활성화 자유에너지 델타G*는 온도감소에 따라 감소. 따라서 핵의 수 n*는 온도 낮을수록 증가. 원자의 확산에 따른 액상으로부터 원자들이 고상 핵으로 달라붙는 진동수 v는 온도 증가에 따라 증가.
이를 종합하여 핵생성 속도N는 n*와 v의 곱으로서 중간 온도에서 최대값 가짐.
불균일 핵생성 : 균일 핵생성에 있어서 과랭은 매우 크지만, 실제 상황에서는 단지 수십 도 정도인 경우 있음. 표면 또는 계면에 핵 생성 시에 계면에너지가 감소하므로 더 쉽게 일어남. r*는 동일하나 활성화에너지의 차이에 의해 더 빠르게 핵생성. 따라서 불균일 핵생성이 균일 핵생성보다 더 높은 온도에서 핵 성장됨.
성장 : 장범위의 원자 확산에 의해 일어남. 모상, 상경계, 핵으로의 확산. 성장속도 G는 확산속도에 의해 결정되며, 온도 의존성은 확산계수와 같다.
전체 변태 속도는 N과 G를 통해 결정됨.
생성되는 상 입자의 크기는 변태 온도에 의존. 높은 G의 Tm 근방에서 변태 시, 생성되는 핵의 수는 거의 없고 빠르게 성장하여 결정립 수는 적으나 크기는 큰 형태. 반대로 낮은 온도에서의 핵생성에서는 핵생성 속도는 빠르고 성장 속도 느려 많은 수의 크기가 작은 입자들 형성.
Avrami 방정식 : 시간에 따른 변태분율 나타냄. Y=1-exp(-kt^n) 온도 증가 시에 그래프가 좌측 이동. 변태속도는 변태가 반 완료되는데 필요한 시간인 t0.5의 역수.