Kawagane und Shingane: Die Verbundstahlstruktur, die Nihonto ihre legendäre Dauerhaftigkeit verleiht

Japanische Schwerter gelten als „unzerbrechlich, unbiegbar und schneidescharf". Harter Stahl erzeugt eine scharfe Klinge, bricht aber leicht, während weicher Stahl zwar bruchsicher ist, die Schneide aber nicht hält. Die Lösung dieses Widerspruchs liegt in einer Verbundstruktur, bei der harter äußerer Stahl (kawagane) weichen inneren Stahl (shingane) umhüllt. Dieser Artikel erklärt, wie äußerer und innerer Stahl hergestellt werden, wie sie kombiniert werden, wie sich die Struktur zwischen verschiedenen Schulen unterscheidet, und wie diese Struktur in Würdigung und Bewertung sichtbar wird.

Äußerer Stahl und innerer Stahl — Arbeitsteilung

Die Klinge eines japanischen Schwertes wird durch die Kombination von zwei oder mehr Stahlsorten mit unterschiedlichem Kohlenstoffgehalt hergestellt.

Je mehr Kohlenstoff ein Stahl enthält, desto härter wird er und desto mehr wandelt er sich während der Wärmebehandlung in Martensit – eine harte Struktur – um. Umgekehrt wird Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt nicht leicht gehärtet und behält seine Zähigkeit. Durch die Arbeitsteilung, bei der äußerer Stahl Schneide und Oberfläche bildet, während innerer Stahl den Kern bildet, koexistieren Härte und Zähigkeit in einer einzigen Klinge. Details zu Stahlstrukturen werden in Ferrit, Perlit und Martensit – die Metallurgie japanischer Schwerter erläutert.

Woher kommt das Material — Tamahagane und Oroshigane

Die Grundlage für äußeren und inneren Stahl ist tamahagane, das durch tatara-Schmelzung hergestellt wird.

1. Eisensand wird mit Holzkohle reduziert, um tamahagane herzustellen. Tamahagane variiert im Kohlenstoffgehalt je nach Herkunftsort
2. Der Schmied teilt das tamahagane in kleine Stücke und wählt hohe und niedrige Kohlenstoffanteile mit dem Auge aus
3. Stahl mit unzureichendem Kohlenstoff wird durch oroshigane (ein Raffinationsprozess) angepasst
4. Ausgewählter Stahl wird gestapelt und erhitzt, um sich zu einer Masse zu verbinden (Stapeln und Erhitzen)
5. Wiederholtes Falten und Schmieden beseitigt Unreinheiten und gleicht den Kohlenstoffgehalt aus

Äußerer Stahl durchläuft typischerweise viele Faltzyklen (über ein Dutzend), während innerer Stahl weniger durchläuft (mehrere Male). Bei jeder Faltung verdoppelt sich die Anzahl der Schichten; äußerer Stahl entwickelt Tausende bis Zehntausende von überlagerten Schichten. Diese geschichtete Struktur erscheint auf der Oberfläche als die Kornstruktur des Stahls (itame, masame, etc.). Für tatara-Schmelzung und tamahagane, siehe Eisensandsammlung und der Tatara-Schmelzprozess; für oroshigane, siehe Oroshigane und Stahlverfeinungstechniken; und für die Wissenschaft des Faltens und Schmiedens, siehe Die Wissenschaft des Faltens und Schmiedens.

Konstruktionsmethoden — Wie äußerer und innerer Stahl kombiniert werden

Wie äußerer und innerer Stahl kombiniert werden, wird als „tsukurikomi" (Konstruktionsmethode) bezeichnet. Dieser Begriff bezieht sich speziell darauf, wie Stähle kombiniert werden, unterscheidbar von Querschnittformen wie shinogi-zukuri oder hira-zukuri.

Bei koubuse wird äußerer Stahl verdünnt und in U-Form mit inneren Stahl innen und Schmiedeschweißung gebogen. Während die Klinge durch Feuerschmieden gezogen wird, kommt der äußere Stahl dazu, die gesamte Oberfläche mit dem inneren Stahl in der Mitte zu bedecken. Der Feuerschmiedeprozess wird in Feuerschmieden (Hidzukuri) Prozess erklärt.

Wärmebehandlung vollendet „Härte und Zähigkeit"

Die Verbundstruktur offenbart ihren wahren Wert im Moment der Wärmebehandlung.

• Ton wird auf die Klinge aufgetragen, dünn auf der Schneidenseite und dick auf der Rückenseite
• Wenn die Klinge auf etwa 800°C erhitzt und ins Wasser getaucht wird, kühlt der dünne Ton auf der Schneidenseite schnell ab und wandelt sich in harten Martensit um
• Der dicke Ton auf der Rückenseite und der kohlenstoffarme innere Stahl werden nicht gehärtet und behalten ihre Zähigkeit
• Die Ausdehnung der gehärteten Schneiddenstruktur lässt die Klinge sich zum Rücken krümmen. Die Krümmung eines japanischen Schwertes ist selbst ein Phänomen, das aus diesem strukturellen Unterschied entsteht

Mit anderen Worten, der Unterschied im Kohlenstoffgehalt zwischen äußerem und inneren Stahl, der Unterschied in der Tondicke und der Unterschied in der Abkühlungsgeschwindigkeit kombinieren sich, um eine Eigenschaft zu schaffen, bei der die Außenseite hart und die Innenseite weich ist. Die Physik hinter der Krümmung wird in Die Physik der Klingenkrümmung erklärt, und die Bildung von nie und nioi wird in Nie und Nioi — die Stahlwissenschaft hinter der Brillanz von Hamon behandelt.

Japanische Schwerter aus der Perspektive der modernen Materialwissenschaft

Die Kombination von äußerem und inneren Stahl spiegelt das gleiche Denken wie das „Verbundmaterial-Design" in der modernen Materialstechnik.

• Die Kombination von harten und zähen Materialien erzeugt Eigenschaften, die mit einem einzelnen Material nicht erreichbar sind
• Dies entspricht dem Konzept der „funktional abgestuften Materialien", bei denen Härte an der Oberfläche und Zähigkeit im Inneren platziert werden
• Die geschichtete Struktur stoppt die Rissausbreitung und erhöht die Bruchfestigkeit

Die Praxis alter Schmiedemeister, die diese Konstruktion aus begrenztem tamahagane allein durch Erfahrung und Beobachtung erreichten, entspricht der modernen Ingenieurtheorie. Allerdings sollte beachtet werden, dass einige alte Klingen keinen inneren Stahl aufweisen (massives Schmieden) und andere Strukturen haben, die nicht in die moderne Klassifizierung passen, daher ist es wichtig zu bedenken, dass „nicht alle japanischen Schwerter koubuse sind".

Strukturelle Variationen zwischen Schwertschulen

Die fünf großen Schwertschulen, bekannt als die Gokaden, zeigen charakteristische Tendenzen in Schmiedetechnik und Stahlstruktur.

• Bizen-Schule: Zähe Stahlstruktur und nioi-basiert hamon. Äußeres Stahlschmieden ist verfeinert, mit Reflexionen, die auf der itame-Oberfläche erscheinen
• Soshu-Schule: Um starke nie-reiche Wärmebehandlung zu widerstehen, muss der Stahl kräftig sein. Jikage und kinsuji erscheinen in der Struktur
• Yamashiro-Schule: Verfeinerte und helle Stahlstruktur. Äußeres Stahlschmieden ist besonders fein
• Yamato-Schule: Überwiegend masame-Körnung; Tempelschmieden betonten Dauerhaftigkeit
• Mino-Schule: Praktisch in der Konstruktion; der Stahl kann shirake zeigen, ein charakteristisches Aussehen der Struktur

Detaillierte Vergleiche der Stahlstruktur zwischen Schulen finden sich in Gokaden Stahlstruktur-Vergleich.

Wie die Struktur in Bewertung und Würdigung erscheint

Die Struktur von äußerem und inneren Stahl kann von der Klingenoberfläche selbst abgelesen werden.

1. Stahlkornstruktur: Die durch Falten des äußeren Stahls entstehenden Schichten erscheinen auf der Oberfläche als itame, masame oder mokume. Die Feinheit der Körnung zeigt die bei der Schmiedung aufgewendete Sorgfalt
2. Blosslegung des inneren Stahls: Nach vielen Jahren des Polierens, wenn der äußere Stahl dünner wird, erscheint weicher innerer Stahl auf der Oberfläche. Dies wird als „innerer Stahl zeigt sich" (shingane ga deru) bezeichnet und erscheint als unscharfer, rauer Bereich in der Stahlstruktur. Dies ist ein wichtiger Indikator für die Beurteilung des Klingenzustands
3. Effekt der Verkürzung: Wenn eine Klinge gekürzt und der Angel überarbeitet wurde, kann die Struktur des ursprünglichen Angel-Teils blossgelegt werden
4. Grenzlinie zwischen hamon und Stahlstruktur: Die Grenzlinie zwischen der gehärteten Schneide des äußeren Stahls und dem nicht gehärteten Bereich ist der hamon. Die Helligkeit des hamon spiegelt den Kohlenstoffgehalt des äußeren Stahls und die Geschicklichkeit der Wärmebehandlung wider

Eine Klinge mit blossligelegtem inneren Stahl hat begrenzte Polierungspotenziale und beeinflusst ihren Würdigungswert. Beim Kauf oder bei der Bewertung sollte die Stahlstruktur auf raue Bereiche überprüft werden. Die Methode zur Identifizierung der Verkürzung wird in Verkürzungstechnik (Suriage) und Bewertung erklärt, und der Bildungsmechanismus der Stahlstruktur wird in Stahlstruktur (Jihada) Bildungsmechanismus behandelt.

Fazit

Die Leistung eines japanischen Schwertes beruht auf der Arbeitsteilung zwischen hartem äußerem Stahl und weichem inneren Stahl. Tamahagane wird ausgewählt, Schichten werden durch wiederholtes Falten und Schmieden aufgebaut, kombiniert durch Konstruktionsmethoden wie koubuse oder honsanmai, und Härte und Zähigkeit werden durch Tonauftrag und Wärmebehandlung fixiert. Diese Reihe von Prozessen erreicht gleichzeitig „unzerbrechlich, unbiegbar und schneidescharf". Diese Struktur, die mit modernem Verbundmaterial-Design übereinstimmt, manifestiert sich auf der Klingenoberfläche als Stahlkornstruktur und Blosslegung des inneren Stahls und dient als Hinweise für Würdigung und Bewertung. Die materialwissenschaftlichen Aspekte der Verbundstruktur werden auch in Verbundstruktur von äußerem und innerem Stahl: Die Materialwissenschaft dahinter, warum japanische Schwerter nicht brechen und schneidescharf sind diskutiert.