Die Anzahl der Schmiedezyklus und Stahlmikrostruktur: Theorie der durch Überformung induzierten Sprödigkeit und optimale Schmiedezyklus

Was ist Faltungsschmieden? — Das Herz des japanischen Schwertes

Im Herstellungsprozess von japanischen Schwertern ist das Faltungsschmieden eine der wesentlichsten Techniken. Durch wiederholtes Erhitzen von tamahagane (Schwertenstahl) auf hohe Temperaturen und wiederholtes Falten, Hämmern und Dehnen mit dem Hammer wird die innere Struktur des Stahls homogenisiert, Verunreinigungen werden ausgestoßen, und der charakteristische Stahlkörper japanischer Schwerter wird gebildet.

Jede Falte verdoppelt die Anzahl der Schichten. 10-maliges Falten ergibt theoretisch 2^10 = 1.024 Schichten, und 15-maliges Falten ergibt 32.768 Schichten. Diese geschichtete Struktur erzeugt das Muster namens „Haut" — ein holzmaseriges oder welliges Aussehen — das eines der wichtigsten Elemente beim Schätzen von japanischen Schwertern ist.

Änderungen in der Schichtstruktur mit zunehmenden Faltungszyklen

Mit der Zunahme der Anzahl der Falten treten die folgenden Änderungen innerhalb des Stahls auf.

Homogenisierung der Kohlenstoffverteilung

Tamahagane hat zum Zeitpunkt der Produktion eine ungleichmäßige Kohlenstoffverteilung. Hochkohlenstoffzonen (0,7–1,5%) und Niederkohlenstoffzonen sind durcheinander gemischt, und wenn eine Klinge ohne weitere Verarbeitung daraus geschmiedet wird, wird sie instabil mit unterschiedlicher Härte in verschiedenen Bereichen.

Durch wiederholtes Falten werden Hochkohlenstoff- und Niederkohlenstoffzonen abwechselnd übereinander geschichtet, was dem Kohlenstoff ermöglicht, sich gleichmäßig zu verteilen. Diese Homogenisierung erreicht einen Zustand, bei dem „stabile Härte unabhängig davon erzielt wird, wo das Härtungsverfahren angewendet wird".

Ausstoßung von Einschlüssen

Tamahagane enthält Schlacke (Einschlüsse: Eisenoxid, Kieselsäure, etc.), die während der Eisenverhüttung eindrang. Durch wiederholtes Erhitzen und Hämmern bei hohen Temperaturen werden diese Einschlüsse schrittweise aus dem Stahl ausgestoßen.

Wenn Einschlüsse bleiben, werden sie zu Spannungskonzentrationspunkten und verursachen Bruch oder Risse. Faltungsschmieden ist somit auch ein „Reinigungsprozess".

Verfeinerung der Kristallkörner

Eisenkristalle (Ferrit und Austenit) wachsen bei hohen Temperaturen, aber plastische Verformung durch Hämmern und Falten bricht und verfeinert die Kristallkörner. Je feiner die Kristallkörner, desto höher die Zähigkeit des Stahls, und desto unwahrscheinlicher ist es, dass die Klinge bricht.

Sprödigkeit durch Überformung — Die Existenz eines optimalen Bereichs

So, ist es immer besser, mehr Male zu falten? Die Antwort ist nein. Hier liegt das wichtigste „Optimierungsproblem" in der japanischen Schwertschmiedtechnologie.

Übermäßiger Kohlenstoffverbrauch

Während wiederholter Falten geht Kohlenstoff im Stahl durch Oxidation schrittweise verloren (Entkohlung). Mit abnehmendem Kohlenstoffgehalt kann die Klinge die für ein funktionsfähiges Schwert notwendige Härte nicht erreichen (Härte nach dem Härtungsverfahren).

Konkret liegt der anfängliche Kohlenstoffgehalt von tamahagane normalerweise bei 0,8–1,2%, nimmt aber mit jeder Falte ab. Wenn exzessives Falten von 20-mal oder mehr durchgeführt wird, fällt der Kohlenstoffgehalt auf 0,3–0,4% oder darunter, was zu Eigenschaften führt, die sich dem weichen „Schmiedeeisen" nähern.

Übermäßige Kornverfeinerung und Kaltverfestigung

Wenn Überformung übermäßige Kornverfeinerung und Verformung verursacht, schreitet die Kaltverfestigung voran und der Stahl wird spröde. Dies ist metallurgisch als „Verformungs-induzierte Umwandlung" oder „Sättigung der Verformungsverfestigung" bekannt.

Schmieden mit der Absicht, Bruch zu verhindern, führt im Übermaß paradoxerweise zu „Ansammlung von Verformungs-induzierter Dehnung → Sprödigkeit".

Zeichen der Überformung, die sich als „raue Haut" manifestieren

Schwertmacher beurteilen empirisch die Überformung durch Beobachtung der Stahloberfläche. Mit fortschreitender Überformung wird die Stahloberfläche „rau" — die ursprüngliche feinkörnige Holzmaserungtextur wird grob, und die Grenzen zwischen Schichten werden gestört. Dies zeigt an, dass die Kohlenstoffverteilungs-Inhomogenität intern wieder auftritt und die Schichtstruktur zusammenbricht.

Theorie der optimalen Schmiedezyklus — Schultraditionen

Die „angemessene Anzahl" von Falten für japanische Schwerter ist Eigentum jeder Schule (Yamashiro, Soshu, Bizen, Yamato und Mino Traditionen). Nach modernen Forschungen und Restaurierungsexperimenten werden 8–15 Falten allgemein als der optimale Bereich angesehen.

Trends nach Schulen

Die Soshu-Schule (Masamune, Sadamune und andere) ist bekannt für große Zähigkeit und lebendige Klingenmuster, was sich auf die Verwendung von „inspiriertem Stahl" bezieht — bewusster Beibehalt eines groben großkörnigen Oberflächenmusters durch Härtung nach relativ weniger Falten.

Die Bizen-Schule (Osafune Linie und andere) ist durch dicht gepackte kleinkörnige Muster gekennzeichnet und neigt dazu, Homogenisierung durch relativ mehr Falten zu betonen.

Die Yamato-Schule (Sensh'uin, Taima und andere) ist durch fließende gradlinige Muster und eine charakteristische Technik der Aufrechterhaltung einer konsistenten Faltungsrichtung gekennzeichnet.

Variation in optimalen Zyklen nach Stahlklassifizierung

Die Struktur einer Klinge ist unterteilt in „äußerer Stahl" (kawagane) und „innerer Stahl" (shingane).

Äußerer Stahl (Oberfläche, hochkohliger Stahl): bedeckt die Kante und Außenfläche. Da Härte erforderlich ist, wird er fertiggestellt, während der Kohlenstoff beibehalten wird. Ungefähr 8–12 Falten sind die Richtlinie.

Innerer Stahl (innerer Kern, niederkohliger Stahl): da Flexibilität und Zähigkeit erforderlich sind, kann Kohlenstoff absichtlich durch mehr Falten reduziert werden.

„Differenziertes Schmieden" — Kombination dieser zwei Stahltypen zur Erstellung einer Klinge — ist die Grundstruktur von japanischen Schwertern, und die Verwaltung der Faltungszyklen hat unterschiedliche optimale Werte für äußeren und inneren Stahl.

Der Mechanismus der Stahlhautbildung — Schönheit aus dem Faltungsschmieden

Unter den wissenschaftlichen Folgen des Faltungsschmiedens kann man die Bildung der „Haut" nicht übersehen — die Essenz der japanischen Schwertschönheit.

Die Grenzfläche des geschichteten Stahls wird durch Polieren und Buffern sichtbar. Die leichten Unterschiede in der Kohlenstoffkonzentration zwischen Schichten verändern die Lichtreflexion und erzeugen das visuelle Erscheinungsbild als Körnung, Fluss und Muster.

Itame (Holzmaserungs-Muster): Wenn Schichten mit unregelmäßig gemischten Kohlenstoffverteilungen zusammengefaltet werden, erscheint ein unregelmäßiges Muster, das Holzmaserung ähnelt.

Masame (gradliniges Muster): Wenn die Faltungsrichtung durchgehend vertikal beibehalten wird, erscheinen fließende lineare Muster, die Baumringen ähneln.

Mokume (Wirbelmuster): Spiral- oder Knotenmuster, die als Ergebnis der lokalisierten Kohlenstoffverteilungsbeibehaltung erscheinen.

Diese Stahl-Hautmuster sind nicht nur ästhetisch, sondern eine „Karte" der internen Kohlenstoff-, Schicht- und Kristallstruktur. Geschulte Gutachter lesen die Hautmuster, um Trends in Faltungszyklen, Kohlenstoffverteilung und Schmiedemethoden zu bestimmen und die Schule, Ära und den Schmied zu deduzieren.

Schlussfolgerung — Wissenschaftlicher Beweis der empirischen Kenntnisse der Schwertmacher

Die optimale Faltzyklus und Risiken der Überformung wurden durch moderne Metallurgie geklärt, die „rückwirkende Beweis" des empirischen Wissens liefert, das frühere Schwertmacher durch Erfahrung entwickelt haben.

Unter Ablehnung der naiven Annahme, dass „mehr Schmieden ein besseres Schwert macht", liegt die Essenz des japanischen Schwertschmiedens in verfeinert technischem Urteil — „Extrahieren des feinsten Stahls innerhalb optimaler Schmiedezyklus" — und dies wird in der Schönheit der Stahl-Haut kristallisiert.