Die Anzahl der Faltungszyklen und Stahlmikrostruktur: Theorie der Überfeuerung-induzierten Sprödigkeit und optimale Schmiedezyklen

Was sind Faltung und Schmieden—Das Herz japanischer Schwerter

Bei der Herstellung japanischer Schwerter ist Faltung und Schmieden (orikaeshi-tanren) eine der wesentlichsten Techniken. Durch wiederholtes Erhitzen des aus der Tatara-Stahlherstellung stammenden Tamahagane auf hohe Temperaturen und dessen Falten mit einem Schmiedestab (taganebo) wird die innere Struktur des Stahls gleichmäßig, Verunreinigungen werden ausgetrieben, und die einzigartige Jihada japanischer Schwerter entsteht.

Mit jeder Faltung verdoppelt sich die Anzahl der Schichten. Nach 10 Faltungen sind es theoretisch 2 hoch 10 = 1.024 Schichten; nach 15 Faltungen 32.768 Schichten. Diese geschichtete Struktur erzeugt Muster namens „Jihada", die Holzmaserung oder Wellen ähneln, und werden zu einem der wichtigsten Elemente beim Betrachten japanischer Schwerter.

Veränderungen der Stahlschichtstruktur nach Faltungszahl

Mit zunehmender Anzahl der Faltungen treten die folgenden Veränderungen in der inneren Struktur des Stahls auf.

Homogenisierung der Kohlenstoffverteilung

Wenn Tamahagane erstmals hergestellt wird, ist seine innere Kohlenstoffverteilung ungleichmäßig. Hochkohlenstoffbereiche (0,7–1,5%) und Niedrigkohlenstoffbereiche koexistieren, und wenn ein Blatt in diesem Zustand geschmiedet wird, variiert die Härte je nach Ort und führt zu einem instabilen Schwert.

Durch wiederholtes Falten und Schmieden werden Hochkohlenstoff- und Niedrigkohlenstoffbereiche wechselweise in Schichten angeordnet und gefaltet, was dazu führt, dass sich Kohlenstoff gleichmäßig ausbreitet. Diese Homogenisierung erreicht den Zustand, in dem „stabile Härte unabhängig davon entsteht, wo das Härten angewendet wird."

Entfernung von Einschlüssen

Tamahagane enthält Schlacke (Einschlüsse wie Eisenoxid und Silizium), die während des Stahlherstellungsprozesses vermischt wurden. Da er wiederholtem Erhitzen und Ausdehnung bei hohen Temperaturen ausgesetzt ist, werden diese Einschlüsse allmählich zur Außenseite des Stahls getrieben.

Wenn Einschlüsse verbleiben, werden sie zu Spannungskonzentrationspunkten, die zu Bruch und Rissen führen. Falten und Schmieden ist daher nicht nur eine Formgebung, sondern auch ein „Reinigungsprozess."

Verfeinerung der Kristallkörner

Eisenkristalle (Ferrit und Austenit) wachsen bei hohen Temperaturen, aber die plastische Verformung durch Schlag und Falten bricht und verfeinert die Kristallkörner. Je feiner die Kristallkörner, desto größer die Zähigkeit des Stahls, was zu einem Blatt führt, das weniger bruchempfindlich ist.

Sprödigkeit durch Überfeuerung—Die Existenz eines optimalen Bereichs

Ist es also besser, so oft wie möglich zu falten? Die Antwort ist nein. Hier liegt die kritischste Frage der „optimalen Werte" in der japanischen Schwertschmiedetechnik.

Übermäßiger Kohlenstoffverbrauch

Während wiederholtes Falten und Schmieden erfolgt, geht Kohlenstoff im Stahl schrittweise durch Oxidation (Entkohlung) verloren. Mit sinkendem Kohlenstoffgehalt kann die für ein Schwert erforderliche Härte (Härte nach dem Härten) nicht erreicht werden.

Obwohl Tamahagane reichlich Kohlenstoff enthält, nimmt diese Menge mit jeder Schmiedebearbeitung ab. Übermäßiges Falten bewirkt, dass der Kohlenstoff zu stark sinkt, und der Stahl nähert sich den Eigenschaften von weichem Eisen.

Übermäßige Verfeinerung der Kristallkörner und Verfestigungshärtung

Überfeuerung führt dazu, dass Kristallkörner übermäßig verfeinert und verformt werden, und umgekehrt macht Verfestigungshärtung Fortschritte, was den Stahl spröde macht. In metallurgischer Hinsicht wird dies als „verformungsinduzierte Umwandlung" oder „Sättigung der Verfestigungshärtung" bezeichnet.

Das gerade Schmieden, das Bruch verhindern soll, führt bei Übermäßigkeit zu dem gegenteiligen Effekt von „Ansammlung deformationsinduzierten Stauchung → Sprödigkeit."

„Raue Haut" als Zeichen der Überfeuerung

Schwertschmiede beurteilen Überfeuerung empirisch durch Beobachtung der Oberfläche der Jihada. Mit fortschreitender Überfeuerung wird die Jihada „rau"—die normalerweise feinkörnige holzmaserungsähnliche Haut wird grob, und die Grenzen zwischen Schichten werden ungeordnet. Dies ist ein Zeichen, dass innere Unebenheit der Kohlenstoffverteilung erneut auftritt und die Schichtstruktur zusammenbricht.

Die Theorie der optimalen Schmiedezyklen—Die Geheimtraditionen der Schulen

Die „angemessene Anzahl der Faltungen" beim japanischen Falten und Schmieden gehört zu den Geheimtechniken jeder Schule (Yamashiro-, Soshu-, Bizen-, Yamato-, Mino-Traditionen). Nach modernen Forschungen und Rekonstruktionsexperimenten wird allgemein 8–15 Faltungen als der optimale Bereich betrachtet.

Tendenzen nach Schule

• Die Soshu-Tradition (Masamune, Sadamune und andere) ist für starke Zähigkeit und heftige hamon-Muster bekannt, die mit der Verwendung von „wildem Stahl" zusammenhängen, der durch Anwendung relativ weniger Faltungen erreicht wird, während die grobe o-itame-Körnerstruktur der Jihada während des Härtens beibehalten wird.
• Die Bizen-Tradition (Osafune-Schule usw.) ist für dicht gepackte Jihada mit ko-itame- und ko-mokume-Mustern bekannt und zeigt eine Tendenz zu mehr Faltungen, die die Homogenisierung betonen.
• Die Yamato-Tradition (Senjuin, Taima und andere) ist durch masame-Jihada gekennzeichnet, die in geraden Linien fließt, und wird durch eine Technik der Aufrechterhaltung der konsistenten Faltungsrichtung unterschieden.

Variationen der optimalen Faltungszahl nach Stahlklassifizierung

Die Blattstruktur ist in „kawagane" (Außenstahl) und „shingane" (Kernstahl) unterteilt.

• Kawagane (äußere Schicht, Hochkohlenstoffstahl): bedeckt die Kante und Oberfläche. Da Härte notwendig ist, wird er in einem Zustand fertiggestellt, der Kohlenstoff behält. Ungefähr 8–12 Faltungen ist die Richtlinie.
• Shingane (innerer Kern, Niederkohlenstoffstahl): erfordert Flexibilität und Zähigkeit, daher werden in einigen Fällen mehr Faltungen angewendet, um absichtlich den Kohlenstoffgehalt zu reduzieren.

„Warikomi-kitae" (Spalten-und-Schmieden-Technik)—Kombinieren dieser zwei Stahltypen zum Schmieden eines Blattes—ist die grundlegende Struktur japanischer Schwerter, und die Verwaltung der Faltzahl hat unterschiedliche optimale Werte für kawagane und shingane.

Der Mechanismus der Jihada-Bildung—Die Schönheit, die aus Faltung und Schmieden entsteht

Ein wichtiger Aspekt der wissenschaftlichen Konsequenzen des Faltens und Schmiedens, der nicht übersehen werden darf, ist die Bildung von Jihada, dem Kern der japanischen Schwertästhetik.

Die Grenzen zwischen Schichten von geschichtetem Stahl werden zunächst sichtbar gemacht, wenn ein Polierspezialist sie mit abschließenden Schleifsteinen verfeinert. Die subtilen Unterschiede in der Kohlenstoffkonzentration in jeder Schicht verändern die Lichtreflexion, und das, was als Holzmaserung, Fluss und Muster erscheint, ist die Jihada.

• Itame (Holzmaserungsmuster): Wenn Kohlenstoffverteilung in gefalteten Schichten unregelmäßig koexistiert, erscheinen holzmaserungsähnliche unregelmäßige Muster.
• Masame (Geradkornmuster): Wenn die Faltungsrichtung vertikal in eine Richtung beibehalten wird, erscheinen lineare Muster, die Baumringen ähneln.
• Mokume (Holzaugenmuster): Wirbelnde oder faustartige Muster. Sie erscheinen als Ergebnis der verbleibenden lokalisierten Kohlenstoffverteilung.

Diese Jihada-Muster sind nicht nur ästhetische Angelegenheiten, sondern sind eine „Karte" der inneren Kohlenstoff-, Schicht- und Kristallstruktur. Erfahrene Bewerter lesen aus der Jihada die Tendenz der Faltzahl, Kohlenstoffverteilung, Schmiedeverfahren und deduzieren die Schule, den Zeitraum und den Hersteller.

Schlussfolgerung—Wissenschaft validiert das empirische Wissen der Schwertschmiede

Die optimale Anzahl der Faltungen und die Risiken der Überfeuerung werden durch moderne Metallurgie (Mikrostruktur von Kohlenstoffstahl, Verfestigungshärtung, Entkohlungstheorie) „retrospektiv validiert" die Weisheit, die Schwertschmiede einmal empirisch durch Erfahrung erworben hatten.

Abgesehen von der naiven Annahme, dass „je mehr du schmiedest, desto besser wird das Blatt", ist das verfeinerte technische Urteilsvermögen von „den feinsten Stahl in optimalen Schmiedezyklen herauszuziehen"—das ist das Wesen des japanischen Schwertschmiedens und wird kristallisiert als die Schönheit der Jihada. Diejenigen, die die Unterschiede in Jihada tatsächlich vergleichen möchten, werden ermutigt, auch die schulspezifischen Erläuterungen in der Spaltenliste zu lesen.