Nichtmetallische Einschlüsse sind kleine, feste Partikel oder Verunreinigungen, die sich in metallischen Materialien befinden und aus nichtmetallischen Substanzen wie Oxiden, Sulfiden, Silikaten oder anderen Verbindungen bestehen. Diese Einschlüsse können während der Herstellung, Verarbeitung oder Nutzung von Metallprodukten entstehen und haben oft einen direkten Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Metalls, wie Festigkeit, Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit.

Arten von nichtmetallischen Einschlüssen

Nichtmetallische Einschlüsse können aus verschiedenen chemischen Verbindungen bestehen. Zu den häufigsten gehören:

1. Oxide: Diese entstehen, wenn Metall mit Sauerstoff in Kontakt kommt und dabei Oxidverbindungen bildet. In Stahl sind zum Beispiel Eisenoxid (FeO) oder Eisenoxid (Fe2O3) typische Einschlussarten.
2. Sulfide: Diese entstehen durch die Reaktion von Metall mit Schwefel. Ein bekanntes Beispiel ist Mangan- oder Eisen-Sulfid, die in vielen Stählen vorkommen.
3. Silikate: Diese entstehen durch die Reaktion des Metalls mit Siliziumdioxid (SiO2). Silikate sind häufig in Aluminiumlegierungen zu finden.
4. Phosphide: Phosphide sind nichtmetallische Einschlüsse, die durch die Reaktion von Metall mit Phosphor entstehen.
5. Carbide: Diese bestehen aus Kohlenstoffverbindungen mit Metallen. Carbide können als Einschlüsse in einigen Legierungen auftreten, insbesondere in hochlegierten Stählen oder in Gusslegierungen.
6. Halogenide: Diese entstehen durch die Reaktion von Metall mit Halogenen wie Chlor oder Fluor. Halogenid-Einschlüsse kommen in speziellen metallurgischen Prozessen vor.

Ursachen für die Entstehung nichtmetallischer Einschlüsse

Nichtmetallische Einschlüsse entstehen oft während der Herstellung von Metallen, insbesondere im Gießprozess, der Schmelzmetallverarbeitung oder bei der Legierungsherstellung. Häufige Ursachen sind:

• Unvollständige Schmelzprozesse: Während des Schmelzens kann Luft in das flüssige Metall eindringen, was zur Bildung von Oxiden oder anderen Verbindungen führen kann.
• Verunreinigungen der Ausgangsmaterialien: Wenn die Ausgangsmetalle oder Legierungselemente bereits Verunreinigungen wie Oxide oder Sulfide enthalten, können diese in das Endprodukt gelangen.
• Reaktion mit Schmelzsalzen oder anderen Zusätzen: In der Metallurgie können Reaktionen mit verschiedenen chemischen Zusätzen, wie z. B. Flussmitteln oder Schmelzsalzen, zur Entstehung von nichtmetallischen Einschlüssen führen.
• Luft- oder Feuchtigkeitskontakt: In einer nicht optimalen Produktionsumgebung kann Feuchtigkeit oder Luft in den Schmelzprozess eindringen und die Bildung von Oxiden oder anderen Einschlüssen fördern.
• Gießfehler: Fehler beim Gießen, wie das zu schnelle Abkühlen oder das Ungleichgewicht in der Temperaturverteilung, können ebenfalls zur Bildung von nichtmetallischen Einschlüssen führen.

Auswirkungen von nichtmetallischen Einschlüsse auf Materialeigenschaften

Nichtmetallische Einschlüsse können die mechanischen und physikalischen Eigenschaften eines Werkstoffs erheblich beeinflussen:

1. Reduzierte Festigkeit und Zähigkeit: Einschlüsse können als Rissursachen wirken, die die Festigkeit und Zähigkeit des Materials verringern. Sie können auch die Dehnbarkeit und Duktilität beeinträchtigen, indem sie die Belastung auf bestimmte Stellen des Materials konzentrieren.
2. Korrosionsanfälligkeit: Nichtmetallische Einschlüsse, insbesondere Oxide und Sulfide, können lokale Korrosionszellen bilden, die zu einer erhöhten Korrosionsanfälligkeit des Materials führen.
3. Beeinträchtigung der Schweißbarkeit: Die Anwesenheit von Einschlüsse kann die Schweißbarkeit eines Materials verschlechtern, da sie zu unregelmäßigen Schweißnähten oder Rissen führen können.
4. Verminderte Verarbeitungseigenschaften: Materialien, die mit nichtmetallischen Einschlüsse kontaminiert sind, lassen sich oft schlechter bearbeiten oder haben eine schlechtere Oberflächenqualität.
5. Kühlung und Gefüge: In bestimmten Legierungen können Einschlüsse die Kühlrate oder das Gefüge verändern, was zu ungleichmäßigen mechanischen Eigenschaften führen kann.
6. Auswirkungen auf die Materialhomogenität: Einschlüsse können die Homogenität des Materials beeinträchtigen, was zu unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften an verschiedenen Stellen des Bauteils führen kann.

Bestimmung und Analyse von nichtmetallischen Einschlüssen

Es gibt verschiedene Methoden zur Bestimmung und Analyse von nichtmetallischen Einschlüssen:

1. Optische Mikroskopie: Bei der optischen Mikroskopie werden Proben des Materials metallographisch untersucht, um die Art, Größe und Verteilung der Einschlüsse zu bestimmen.
2. Scanning Electron Microscopy (SEM): Mit dieser Methode können die Einschlüsse auf mikroskopischer Ebene genauer untersucht werden, und es können chemische Analysen der Einschlüsse durchgeführt werden.
3. Energie-dispersive Röntgenspektroskopie (EDX): In Kombination mit SEM ermöglicht EDX eine detaillierte chemische Analyse der Einschlüsse, um ihre Zusammensetzung zu bestimmen.
4. Röntgenfluoreszenzanalyse (XRF): Diese Methode kann verwendet werden, um die Zusammensetzung von Materialien zu bestimmen, einschließlich der Analyse von nichtmetallischen Einschlüssen.
5. Fraktografische Untersuchungen: Fraktografien von gebrochenen Proben können Hinweise darauf geben, ob nichtmetallische Einschlüsse während eines Bruchs oder einer Versagensprüfung eine Rolle gespielt haben.

Untersuchungen und Anbieter auf ticsonar.de

• SEP 1572 Sulfidische Nichtmetallische Einschlüsse in Automatenstahl – ticsonar
• SEP 1520 Karbidauswertung | Untersuchung der Karbidstruktur in Stählen – ticsonar
• DIN 50602 | Reinheitsgrad Bestimmung nichtmetallische Einschlüsse Edelstahl – ticsonar
• ISO 4967 Nichtmetallische Einschlüsse | Mikroskopische Untersuchung mittels Bildanalyse – ticsonar
• Lichtmikroskopie Gefügeuntersuchung am Schliff | Qualitative Gefügeanalyse – ticsonar
• Elektronenmikroskopie | REM Untersuchung – ticsonar
• Elementverteilungsbilder mit REM EDX Mapping – ticsonar