Phasentransformationen bezeichnen Zustandsänderungen eines Systems zwischen unterschiedlichen Phasen, gekennzeichnet durch Änderungen in Kristallstruktur, Zusammensetzung oder Ordnungszustand. In metallischen und keramischen Werkstoffen bestimmen sie maßgeblich Mikrostruktur und damit mechanische, thermische und funktionelle Eigenschaften.

Thermodynamisch werden Phasentransformationen durch das minimum der Gibbs’schen freien Enthalpie bestimmt. Kinetisch sind sie durch Diffusion, Keimbildung und Wachstum oder – im diffusionslosen Fall – durch kooperative Verscherungsvorgänge begrenzt. Klassisch unterscheidet man diffusionsgesteuerte (z. B. eutektoide und perlitische Umwandlung in Stählen) und diffusionslose, martensitische Transformationen.

Bei eutektoiden Transformationen zerfällt eine feste Lösung beim Unterschreiten der eutektoiden Temperatur in zwei neue feste Phasen, häufig in lamellarer Anordnung (Perlit). Die Transformationskinetik wird durch T‑T‑T‑ oder C‑T‑Diagramme beschrieben und erlaubt die gezielte Einstellung von Gefügen durch Wärmebehandlung.

Martensitische Phasentransformationen verlaufen scherspannungsgesteuert nahezu ohne Diffusion. Sie sind durch eine charakteristische Umwandlungstemperaturspanne (M_s, M_f, A_s, A_f) sowie durch spannungsinduzierte bzw. spannungsunterstützte Martensitbildung geprägt und bilden die Grundlage für Formgedächtnis- und hochfeste Stähle.

Weitere wichtige Phasentransformationen sind Ausscheidungshärtung (Auflösung und Ausfällung fein verteilter Teilchen), Rekristallisation sowie Schmelz‑ und Kristallisationsprozesse. Das Verständnis des Zusammenspiels von Thermodynamik und Kinetik der Phasentransformationen ist zentral für das mikostrukturelle Design moderner Hochleistungswerkstoffe.