Nichtmetallische Einschlüsse in Werkstoffen

Inclusions (Einschlüsse) bezeichnen in der Werkstoffkunde überwiegend festkörperartige Fremdphasen, die innerhalb einer metallischen oder keramischen Matrix eingebettet sind und sich in chemischer Zusammensetzung, Kristallstruktur oder Morphologie von der Grundmatrix unterscheiden. Besonders relevant sind nichtmetallische Einschlüsse in Stählen und Nichteisenlegierungen.

Typische nichtmetallische Einschlüsse sind Oxide (z. B. Al2O3, SiO2), Sulfide (z. B. MnS-Einschlüsse), Nitrate, Silikate sowie komplexe Oxid-Sulfid-Phasen. Sie können aus der Reaktion mit Sauerstoff, Schwefel, Stickstoff oder Kohlenstoff stammen oder über Schlacken- bzw. Feuerfeststoffreste in die Schmelze gelangen. Auch Lufteinschlüsse und Partikeleinschlüsse aus dem Gieß- und Umformprozess zählen werkstofftechnisch zu Einschlüssen.

Einschlüsse beeinflussen mechanische und funktionale Eigenschaften maßgeblich. Harte, spröde Oxideinschlüsse agieren als Spannungskonzentratoren und Initiationsorte für Sprödbruch und Ermüdungsrisse. Morphologie, Größe, Anzahl und räumliche Verteilung sind daher entscheidend: Grobe, kantige Einschlüsse sind wesentlich schädigender als fein verteilte, globularisierte Einschlüsse. MnS-Einschlüsse können gezielt zur Zerspanbarkeitsverbesserung eingestellt werden, reduzieren jedoch anisotrop die Zähigkeit.

Die Charakterisierung von Einschlüssen erfolgt mittels Licht- und Elektronenmikroskopie, Bildanalyse, EDX-Mikroanalyse sowie standardisierten Bewertungsverfahren (z. B. nach ASTM oder DIN/EN). Moderne Sekundärmetallurgie (Vakuumbehandlung, Spülgasrühren, Schlackenengineering, Filtertechniken) zielt auf eine Inclusion Engineering ab, d. h. die gezielte Kontrolle von Art, Gehalt und Morphologie der Einschlüsse, um definierte Eigenschaftsprofile, insbesondere für Hochreinheits- und Hochleistungsstähle, zu erreichen.

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