Die Physik des sori — wie Eigenspannungen, Martensitumwandlung und unterschiedliche Abkühlungsgeschwindigkeiten beim Schmiedeprozess die Kurve des Nihontō erzeugen

Wie entsteht der sori des Nihontō?

Eines der beeindruckendsten Merkmale des Nihontō ist die schöne Kurve, die entlang der Klinge verläuft — der sori. Dieser sori ist keine bloße gestalterische Entscheidung, sondern das metallphysikalische Zwangsprodukt des Schmiedeprozesses. Beim Wärmebehandlungsverfahren des yaki-ire kühlen die Schneide und der mune (der Rücken der Klinge) mit unterschiedlicher Geschwindigkeit ab, und die Differenz der Volumenveränderungen erzeugt innere Spannungen, die die gesamte Klinge krümmen — dieses Phänomen zu verstehen bedeutet nichts anderes, als zum Kern der Herstellungstechnik des Nihontō vorzudringen.

Dieser Artikel erläutert aus der Perspektive der Metallphysik den Mechanismus, durch den der sori des Nihontō entsteht, und erörtert, wie der tōshō dieses Phänomen kontrolliert, um eine Klinge in der beabsichtigten Form zu erschaffen.

Die Phasenumwandlung im Stahl — was ist Martensit?

Um den sori des Nihontō zu verstehen, sollte man sich zunächst grundlegende Kenntnisse über die „Phasenumwandlung" in Stahl aneignen.

Stahl, bestehend aus Eisen (Fe) und Kohlenstoff (C), verändert seine Kristallstruktur (Phase) in Abhängigkeit von der Temperatur. Bei hohen Temperaturen (etwa ab 723 °C) bildet sich eine Phase namens „Austenit" (austenite), in der Kohlenstoff gleichmäßig im Eisenkristallgitter gelöst ist. Wenn dieser Zustand schnell abgekühlt (abgeschreckt) wird, hat der Kohlenstoff keine Zeit, aus dem Kristallgitter auszutreten, und es entsteht die Kristallstruktur „Martensit" (martensite), in der Kohlenstoff im Gitter eingeschlossen bleibt.

Martensit ist deutlich härter als gewöhnliches Eisen (Ferrit) oder Perlit (etwa 600–800 HV nach der Vickers-Härte) und ist das für die Schärfe der Klinge des Nihontō unverzichtbare Gefüge. Wichtig ist hier die physikalische Tatsache, dass das Volumen des Eisens bei der Martensitumwandlung um etwa 4 % zunimmt.

Der Temperaturunterschied zwischen Schneide und mune beim yaki-ire

Beim yaki-ire-Prozess des Nihontō wird auf die Klinge tsuchi aufgetragen (eine Mischung aus Ton, Schleifsteinpulver, Holzkohle und ähnlichen Materialien), anschließend wird die Klinge im Ofen erhitzt und dann ins Wasser getaucht, um sie abzuschrecken. Dabei unterscheidet sich die Abkühlungsgeschwindigkeit je nach Bereich der Klinge.

Die Schneide, auf die nur eine dünne Schicht tsuchi aufgetragen wird (oder gar keine), kühlt in dem Moment, in dem sie das Wasser berührt, schlagartig ab, und die Martensitumwandlung schreitet bevorzugt voran. Der mune hingegen, auf den eine dicke Schicht tsuchi aufgetragen wird, kühlt langsamer ab und unterliegt nur sanfteren Umwandlungen (wie Perlit oder Bainit).

Dieser Unterschied in der Abkühlungsgeschwindigkeit bringt zwei wichtige Folgen mit sich. Erstens nimmt die Schneide durch die Umwandlung zu Martensit an Volumen zu. Zweitens erfährt der mune, da er nur einer sanften Umwandlung unterliegt, keine so große Volumenveränderung wie die Schneide. Diese Asymmetrie ist die eigentliche Ursache des sori.

Der Entstehungsmechanismus von Eigenspannungen und sori

Der Unterschied zwischen der Volumenausdehnung an der Schneide und der Veränderung am mune erzeugt in der Klinge „Eigenspannungen". Konkret stehen die Kraft, mit der die Schneide sich auszudehnen sucht, und die Kraft, mit der der mune dem entgegenwirkt, im Widerstreit, und als Ergebnis krümmt sich die gesamte Klinge wie ein Bogen.

Unmittelbar nach dem yaki-ire wird die Klinge häufig mit der Schneide nach unten ins Wasser getaucht, und zu diesem Zeitpunkt kann das Phänomen beobachtet werden, dass sich die Klinge vorübergehend zur Schneide hin krümmt (auf der Schneidenseite konvex wird). Wenn jedoch die Abkühlung abgeschlossen ist und die durch die Martensitumwandlung an der Schneide bedingte Volumenzunahme sich stabilisiert hat, stellt sich schließlich der für den Nihontō charakteristische sori ein — mit dem mune als konvexer Seite (und der Schneide als konkaver Seite).

Die Kontrolle des sori durch den tōshō

Der tōshō macht sich dieses physikalische Phänomen zunutze und kontrolliert präzise verschiedene Faktoren, um eine Klinge mit dem beabsichtigten sori (sugata) herzustellen.

• Die Art des Auftragens der Tonmasse (tsuchioki) beeinflusst den sori am unmittelbarsten. Durch das dünne Auftragen auf die Schneide und das dicke Auftragen auf den mune wird ein Unterschied in der Abkühlungsgeschwindigkeit erzeugt. Die Zusammensetzung, Dicke und das Verteilungsmuster der Tonmasse sind das „Geheimwissen" jedes einzelnen tōshō und stellen eine hochentwickelte Technik dar, bei der gleichzeitig das Design des hamon und die Planung des sori vorgenommen werden.
• Die Erhitzungstemperatur und die Haltezeit beeinflussen ebenfalls das Ausmaß des sori. Das gleichmäßige Erhitzen der gesamten Klinge auf die Austenitisierungstemperatur ist ideal, doch bei langen Klingen entstehen leicht Temperaturunterschiede zwischen den einzelnen Bereichen. Die Gleichmäßigkeit dieser Temperaturverteilung bestimmt die Symmetrie des sori.
• Die Wassertemperatur und die Art des Eintauchens sind Faktoren, die die Abkühlungsgeschwindigkeit bestimmen. Je niedriger die Wassertemperatur, desto schneller kühlt die Klinge ab und desto stärker wird die Martensitumwandlung gefördert. Darüber hinaus verändern der Winkel, die Geschwindigkeit und die Tiefe, mit der die Klinge ins Wasser eingetaucht wird, die Unterschiede in der Abkühlungsgeschwindigkeit zwischen den einzelnen Klingenbereichen auf subtile Weise.

Die Ästhetik von sori und sugata — die Schnittstelle von Physik und Schönheit

Der sori des Nihontō ist zwar aus physikalischer Notwendigkeit entstanden, trägt aber zugleich kulturelle und ästhetische Bedeutung als gestalterisches Merkmal. Das „koshi-zori" der Kamakura-Zeit, das „naka-zori" der Nanbokuchō-Zeit und die „standardmäßige sugata nahe dem naka-zori" der Edo-Zeit — die bevorzugte Menge, Position und Form des sori wandelten sich von Epoche zu Epoche, und dies ist zu einem wichtigen Element in der Begutachtung und Bewertung der sugata eines Schwertes geworden.

Der tōshō stellt am Klingenkörper bereits vor dem yaki-ire im vorgeschmiedeten Zustand (sunobe) die Menge des sori ein und zielt auf die endgültige sugata ab, während er die nach dem yaki-ire eintretende Verformung antizipiert. Dies ist eine Technik, die auf einer intuitiv verinnerlichten Kenntnis der Metallphysik beruht, und man kann sagen, dass sich die Erfahrung und das Feingefühl des tōshō in diesem Moment verdichten. Wenn man den Entstehungsmechanismus des sori wissenschaftlich versteht, wird umso deutlicher, dass die Herstellung des Nihontō weit mehr als bloßes Handwerk ist — nämlich ein hochentwickeltes intellektuelles und technisches Unterfangen, das physikalische Phänomene meisterhaft beherrscht.