Die Wahl der Kühlflüssigkeit bestimmt die Klingenhärte — Unterschiede der yaki-ire-Wirkung bei Wasser, Öl und Salzwasser sowie die Methoden der tōkō

Das yaki-ire des Nihontō ist der Prozess, bei dem rotglühender Stahl in einem Zug abgeschreckt wird und dadurch erst eine harte Schneide entsteht. Die Wahl der dabei verwendeten Kühlflüssigkeit ist eine äußerst heikle und bedeutende Entscheidung, die unmittelbar mit der endgültigen Härte, Zähigkeit und der Bildung des sori der Klinge zusammenhängt.

Grundmechanismus von yaki-ire und Kühlflüssigkeit

Die wissenschaftliche Grundlage des yaki-ire ist die Phasenumwandlung, bei der Austenit (die Kristallstruktur des Eisens bei hoher Temperatur) in Martensit (einen harten Niedrigtemperaturkristall) umgewandelt wird. Diese Phasenumwandlung reagiert äußerst empfindlich auf die Kühlgeschwindigkeit; bei einer Abschreckung von mehr als 100 °C/Sekunde schreitet die Martensitbildung nahezu vollständig voran. Je nach Art der Kühlflüssigkeit unterscheiden sich jedoch diese „Geschwindigkeit" und „Gleichmäßigkeit" erheblich.

Kühlflüssigkeiten lassen sich grob in drei Arten einteilen. Zunächst erzielt die Wasserkühlung die höchste Kühlgeschwindigkeit (100 °C/Sekunde und mehr). Seit alters her verwendeten viele tōkō Brunnenwasser, Regenwasser oder Salzwasser. Da Salzwasser eine stärkere Durchdringungskraft als reines Wasser besitzt und die Schneide gründlicher abschrecken kann, wurde es besonders bei dicken Klingen geschätzt, wenn maximale Härte angestrebt wurde.

Die Ölkühlung (Kamelienöl, Rapsöl u. a.) hingegen senkt die Kühlgeschwindigkeit auf etwa ein Drittel gegenüber Wasser, doch wird durch den gleichmäßigeren Temperaturgradienten im Abkühlprozess die Rissbildung beim Härten (yake-ware) erheblich vermindert. Da sich eine gleichförmige Härte über die gesamte Klinge leichter erzielen lässt, wählen viele tōkō bei langen tachi die Ölkühlung.

Der Unterschied in der Kühlgeschwindigkeit beeinflusst auch die Menge des Restaustenits, des Gefügeanteils, der sich im Stahl nicht vollständig umwandelt und zurückbleibt. Je schneller die Abkühlung, desto rascher schreitet die Umwandlung voran, sodass der Restaustenit geringer ausfällt — dafür akkumulieren sich entsprechend mehr innere Spannungen im Klingeninnern. Daher müssen die tōkō bei der Wahl der Kühlflüssigkeit nicht nur die Härte, sondern auch den Umgang mit diesen inneren Spannungen im Blick haben.

Entscheidungskriterien der tōkō bei der Wahl der Kühlflüssigkeit

In der Praxis der tōkō hängt die Wahl der Kühlflüssigkeit von Verwendungszweck und Abmessungen der Klinge ab.

• Einsatz von Wasserkühlung: bei kurzen Klingen, bei denen Härte oberste Priorität hat (Speerspitzen, tantō, Teile von Kriegsausrüstung). Der Großteil der kotō wurde mit Wasserkühlung fertiggestellt, und solche Klingen wurden von späteren Generationen als „gut gehärtet" gepriesen. Wegen der raschen Abkühlung steigen jedoch die inneren Spannungen, und es besteht das Risiko, dass sich im Laufe der Zeit feine Risse bilden. Dass kotō nach Jahrhunderten yake-ware entwickeln, lässt sich auch als Preis der ursprünglichen Wasserkühlung verstehen.
• Einsatz von Ölkühlung: bei langen tachi und koshigatana. Besonders die tōkō der Edo-Zeit nutzten die Ölkühlung häufig, um Funktionalität und Dauerhaftigkeit zu vereinen. Von der shintō-Zeit bis in die Edo-Zeit entwickelte sich die Technik der Ölkühlung weiter, und Ölsorte (Kamelienöl, Rapsöl, Leinöl) sowie Temperaturführung wurden immer feiner abgestimmt.

Partielle Kühlkontrolle durch tsuchioki

Neben der Wahl der Kühlflüssigkeit ist auch die Dicke der auf die Klinge aufgetragenen Tonschicht (tsuchioki) ein wichtiger Faktor, der die Kühlgeschwindigkeit beeinflusst. Die tōkō tragen den Ton zur Schneidenseite hin dünn und zur mune-Seite hin dick auf, sodass auch bei Verwendung derselben Kühlflüssigkeit die Kühlgeschwindigkeit je nach Stelle variiert. Durch diese Technik entsteht an der Schneidenpartie ein hartes, vorwiegend aus Martensit bestehendes Gefüge, während die mune-Partie ein weicheres Gefüge erhält — und so bildet sich das Muster, das hamon genannt wird. Die Kühlflüssigkeit entfaltet ihre Wirkung erst in Kombination mit dem tsuchioki-Effekt, weshalb beide nicht getrennt voneinander betrachtet werden können.

Nimmt man ein Nihontō tatsächlich in die Hand, so zeigt sich der Unterschied in der Wahl der Kühlflüssigkeit häufig auch in der Erscheinung des hamon. Eine vorwiegend mit Wasserkühlung rasch abgeschreckte Klinge neigt zu einem klaren, scharf ausgeprägten hamon, während eine mit Ölkühlung langsam abgekühlte Klinge einen weichen, verschwommenen Eindruck hinterlässt. Beim Betrachten und Beurteilen einer Klinge kann die Schärfe der Konturen des hamon als Anhaltspunkt dienen, um ungefähr einzuschätzen, durch welche Art von Kühlung die Klinge fertiggestellt wurde.

Temperaturmanagement und der Einfluss von Jahreszeit und Region

Als eine noch präzisere Betrachtung darf auch nicht übersehen werden, dass die Außentemperatur unmittelbar mit der Wirksamkeit der Kühlflüssigkeit zusammenhängt. In kälteren Regionen (im Norden) ist die Außentemperatur niedriger, sodass die Kühlgeschwindigkeit bei derselben Wasserkühlung höher ist als in wärmeren Gegenden. Umgekehrt bemühten sich die tōkō in Kyoto und Osaka im Sommer mehr als im Winter darum, die Kühlflüssigkeit zu kühlen. Das Vorkühlen von Brunnenwasser sowie die Durchführung des yaki-ire nachts waren Anpassungen an die natürliche Umgebung, die ebenfalls zum Können der tōkō gehörten.

Die Praxis moderner tōkō und wissenschaftliche Überprüfung

Moderne tōkō nutzen Thermometer und Mikroskope ausgiebig, um die Kühlflüssigkeit zu optimieren. Durch die Messung der Oberflächentemperatur beim yaki-ire mit Infrarot-Thermometern und die grafische Darstellung der Temperaturabfallkurven durch die Kühlflüssigkeit ist es möglich geworden, den Fortschritt der Martensitbildung objektiv zu erfassen.

Zudem wurde in Experimenten bestätigt, dass selbst beim selben „Wasser" — destilliertem Wasser, Leitungswasser, Meerwasser, Salzwasser — die Abkühlkurven unterschiedlich verlaufen. Einige Forscher-tōkō praktizieren eine „differenzierte Kühlung", bei der sie die Salzkonzentration der Kühlflüssigkeit schrittweise variieren, um die Schneide hart und die mune zäh zu gestalten.

Fehler beim yaki-ire und Gegenmaßnahmen

Die Wasserkühlung mit rascher Abschreckung bietet zwar den Vorteil, leicht hohe Härte zu erzielen, birgt jedoch das Risiko von Rissen und Verformungen in der Klinge. Um dies zu verhindern, achten die tōkō sorgfältig auf den richtigen Zeitpunkt und den richtigen Winkel, zu dem die gleichmäßig erhitzte Klinge in die Kühlflüssigkeit getaucht wird. Schon eine geringfügige Abweichung im Eintauchwinkel oder in der Eintauchgeschwindigkeit kann zu einer ungleichmäßigen Abkühlung im Klingeninnern führen und unbeabsichtigten sori oder im schlimmsten Fall Risse verursachen.

Als Gegenmaßnahme überprüfen die tōkō vor dem yaki-ire sorgfältig die Dicke und den Trocknungsgrad des tsuchioki und bemühen sich, ungleichmäßige Erhitzung im Ofen zu verhindern. Darüber hinaus dient auch das durch langjährige Erfahrung geschulte Auge, das die Temperatur aus der Farbveränderung der Klinge abliest, als wichtige Entscheidungsgrundlage dafür, wann die Klinge in die Kühlflüssigkeit zu tauchen ist. Sollte eine Verformung eingetreten sein, kann in der begrenzten Zeitspanne, bevor die Klinge vollständig erkaltet ist, eine vorsichtige Rückdrückarbeit zur Korrektur durchgeführt werden. Diese gesamte Abfolge von Arbeitsschritten stützt sich auf die Erfahrung und Konzentration der tōkō und beeinflusst das Ergebnis ebenso sehr wie die Wahl der Kühlflüssigkeit selbst.

Verschmelzung von Tradition und Wissenschaft

Die tōkō der Edo-Zeit wählten die optimale Kühlflüssigkeit ohne jegliche wissenschaftliche Begriffe allein durch Erfahrung und Intuition. Überprüft man ihre Entscheidungen jedoch mit moderner Materialwissenschaft, stellt sich heraus, dass sie äußerst rational waren. Die Entscheidung — Wasserkühlung für kurze Klingen mit Priorität auf Härte, Ölkühlung für lange Gebrauchsklingen mit Priorität auf Dauerhaftigkeit — war, auch wenn sie anfangs auf dem Gespür der Handwerker beruhte, im Ergebnis wissenschaftlich korrekt.

Betrachtet man heute die Vielfalt des yaki-ire beim Nihontō, wird man erneut gewahr, wie sehr eine einzige Entscheidung — die Wahl der Kühlflüssigkeit — den Charakter der gesamten Klinge bestimmt. Selbst wenn das beste Stahlmaterial verwendet wird, entscheidet das Urteil des einen Moments beim yaki-ire über das Schicksal der Klinge.