The CALPHAD (CALculation of PHAse Diagrams) method consists of three cornerstones, i.e. experiments, computational methods (e.g. Density Functional Theory (DFT)) and thermodynamic models, which together are used to build CALPHAD descriptions. In this thesis the CALPHAD method, including all three parts, is used to study transition metals and their carbides, nitrides and carbonitrides. The focus is mainly on transition metals important for the steel and cemented carbide industries. Some of the weaknesses or uncertainties in existing thermodynamic descriptions of these transition metals are identified and investigated with either experiments or computational methods whereupon new descriptions are presented.

A method for calculation of the molar Gibbs energy as a function of temperature (G_m(T)) for metastable magnetic components is developed. The method uses DFT in combination with the Debye-Grüneisen model and the empirical magnetic model often used in CALPHAD. The developed method is also able to estimate the magnetic transition temperature (T_C or T_N). Furthermore, two new approaches for how to treat calculations on dynamically unstable allotropes are presented. This is important since this often is the reason why DFT calculations on metastable components fail. The method is developed and verified on bcc, fcc and hcp allotropes of Fe, Co and Ni, and is then used to calculate G_m(T) descriptions for fcc-TiC, fcc-CrC, fcc-CrN, hcp-Cr₂C and hcp-Cr₂N. Furthermore, the same method is also used to calculate the excess Gibbs energy at 0 K for the interactions CrC-TiC (fcc), CrC-CrN (fcc) and Cr₂C-Cr₂N (hcp), as well as T_C and T_N as a function of composition for the same composition ranges.

Experiments are performed at 1673 and 1773 K to determine the solubility of Cr in MC (M = Ti, Cr) and of Ti in M₃C₂ and M₇C₃, in the equilibria MC-M₃C₂-M₇C₃ and MC-M₃C₂-graphite of the C-Cr-Ti system. The solubilities are measured with EDS/WDS and verified with XRD/Rietveld refinement.

The experimental and computational results for the C-Cr-Ti system are used together with literature data to perform a reassessment of this system. Compared to the previous CALPHAD description, the new description also includes updated descriptions for two of the three constituent binary systems (C-Ti and Cr-Ti) and reproduces the experimental results in the TiC-Cr₃C₂ isoplethal section found in literature.

In summary, the outcome of this thesis is an updated CALPHAD description of the C-Cr-Ti system and calculated G_m(T) descriptions, including magnetic properties, for allotropes of Fe, Co, Ni, and several parameters in the C-Cr-N system. The developed method for calculation of G_m(T) for metastable magnetic compounds is also a useful tool for calculation of G_m(T) for many other transition metals and their carbides, nitrides, and carbonitrides.

CALPHAD (CALculation of PHAse Diagrams) metodiken består av tre hörnstenar, dvs. experiment, beräkningsmetoder (tex. Density Functional Theory (DFT)) och termodynamiska modeller, vilka tillsammans används för att skapa CALPHAD beskrivningar. I den här avhandlingen används CALPHAD-metodiken, inklusive alla tre delar, för att studera övergångsmetaller och deras karbider, nitrider och karbonitrider. Fokuset ligger i huvudsak på övergångsmetaller som är viktiga inom stål- och hårdmetallindustrin. Några av svagheterna och osäkerheterna i befintliga thermodynamiska beskrivningar av dessa övergångsmetaller identifieras och undersöks med hjälp av antingen experiment eller beräkningsmetoder, varpå nya beskrivningar presenteras.

En metod för beräkning av den molära Gibbsenergin som funktion av temperatur (G_m(T)) för metastabila magnetiska komponenter utvecklas. Metoden använder DFT i kombination med Debye-Grüneisen-modellen och den empiriska magnetiska modellen som ofta används inom CALPHAD. Den utvecklade metoden kan också användas för att uppskatta den magnetiska omvandlingstemperaturen (T_C eller T_N). Dessutom presenteras två nya tillvägagångssätt för hur man ska behandla beräkningar på dynamiskt instabila komponenter. Detta är viktigt eftersom det ofta är anledningen till att DFT-beräkningar på metastabila komponenter misslyckas. Metoden utvecklas och verifieras på bcc-, fcc- och hcp-allotroper av Fe, Co och Ni, och används sedan för att beräkna G_m(T) beskrivningar för fcc-TiC, fcc-CrC, fcc-CrN, hcp-Cr₂C och hcp-Cr₂N. Dessutom används samma metod också för att beräkna överskottet av Gibbs energi vid 0 K för interaktionerna CrC-TiC(fcc), CrC-CrN (fcc) och Cr₂C-Cr₂N (hcp), samt T_C och T_N som funktion av sammansättning för samma sammansättningsintervall.

Experiment utförs vid 1673 och 1773 K för att bestämma lösligheten av Cr i MC (M = Ti, Cr) och Ti i M₃C₂ och M₇C₃, i jämvikterna MC-M₃C₂-M₇C₃ och MC-M₃C₂-grafit i C-Cr-Ti-systemet. Lösligheterna mäts med EDS/WDS och verifieras med XRD/Rietveld-förfining.

De experimentella och beräknade resultaten för C-Cr-Ti-systemet används tillsammans med litteraturdata för att utföra en ny anpassning av detta system. Jämfört med den tidigare CALPHAD-beskrivningen innehåller den nya beskrivningen också uppdaterade beskrivningar för två av de tre ingående binära systemen (C-Ti och Cr-Ti) och reproducerar de experimentella resultaten i det isopleta snittet TiC-Cr₃C₂ som finns i litteraturen.

Sammanfattningsvis är resultatet av denna avhandling en uppdaterad CALPHAD-beskrivning av C-Cr-Ti-systemet och beräknade G_m(T)-beskrivningar, inklusive magnetiska egenskaper, för allotroper av Fe, Co, Ni och flera parametrar i C-Cr-N-systemet. Den utvecklade metoden för beräkning av G_m(T) för metastabila magnetiska komponenter är också ett användbart verktyg för beräkning av G_m(T) för många andra övergångsmetaller och deras karbider, nitrider och karbonitrider.