In der Werkstoffwissenschaft bezeichnet Replacement (Substitution, Austausch) die gezielte oder spontane Ersetzung von Komponenten in einem Werkstoffsystem. Dies kann auf atomarer, mikrostruktureller oder makroskopischer Ebene stattfinden und beeinflusst Eigenschaften, Stabilität und Lebensdauer von Werkstoffen wesentlich.

Auf atomarer Ebene spricht man von Substitutionsfehlstellen, wenn Gitterplätze eines Wirtsatoms durch ein Fremdatom ersetzt werden. Solche Replacement-Prozesse sind zentral für Legierungsbildung (z. B. Fe–Cr in Stählen), Dotierung von Halbleitern und die Einstellung mechanischer, elektrischer oder korrosionsbezogener Eigenschaften. Die Triebkraft ergibt sich aus Unterschieden in chemischem Potential, Atomradien und Bindungsenergie; beschrieben werden sie u. a. durch Zustandsdiagramme und Defektthermodynamik.

Auf mikrostruktureller Ebene umfasst Replacement den Austausch von Phasen oder Gefügebestandteilen, etwa bei Phasenumwandlungen, Rekristallisation oder Ausscheidungshärtung. Beispiele sind die Ersetzung metastabiler Phasen durch thermodynamisch stabile Phasen während des Anlassens oder die Substitution von Karbiden durch intermetallische Phasen bei Hochtemperaturbeanspruchung.

Makroskopisch wird der Begriff für den Austausch ganzer Werkstoffe oder Komponenten verwendet, etwa bei Ersatzwerkstoffen (z. B. Cr‑freie rostbeständige Stähle als Ersatz für Cr‑haltige Systeme) oder bei Instandsetzungsstrategien wie „component replacement“ in sicherheitskritischen Strukturen. Hier stehen Nachhaltigkeit, Verfügbarkeit kritischer Rohstoffe, Biokompatibilität und regulatorische Anforderungen im Vordergrund.

Replacement-Konzepte sind somit ein zentrales Werkzeug zur Eigenschaftsoptimierung, zur Ressourcen‑Substitution (kritische Elemente wie Nb, Co, REE) und zur Lebensdauerverlängerung technischer Systeme. Ihre Auslegung erfordert eine integrierte Betrachtung von Thermodynamik, Kinetik, mechanischer Integrität und Umweltaspekten.