Kohlenstoffverteilungskontrolle in Kern- und Manteleisen von japanischen Schwertern

Tamahagane-Zusammensetzung und Kohlenstoffinhomogenität—Der Ausgangspunkt der japanischen Schwertmaterialien

Das bei der tatara-Eisenherstellung erzeugtes tamahagane ist über einen breiten Bereich von Kohlenstoffgehalten von 0,6% bis 1,5% verteilt und besitzt grundlegend andere Materialeigenschaften als homogener westlicher Stahl (Kohlenstoffstahl). Diese Inhomogenität ist die sehr Quelle, die die zweischichtige Struktur von shingane (Kernstahl) und kawagane (Außenstahl) in japanischen Schwertern erzeugt, und darüber hinaus die technische Bedeutung der Faltungs- und Hammertechnik.

Die Arbeit des Brechens von tamahagane und des Schlagens mit einem Meißel, um Abschnitte mit hohem Kohlenstoffgehalt (kohlenstoffhaltiger Stahl) von Abschnitten mit niedrigem Kohlenstoffgehalt (kohlenstoffarmer Stahl) zu trennen, wird "kozawari" genannt. Die hochkohlenstoffhaltigen Abschnitte tragen zu einer scharfen Kante aufgrund hoher Härte bei, während die kohlenstoffarmen Abschnitte zur Dauerhaftigkeit beitragen, indem sie dem Klingenwiderstand gegen Bruch durch hohe Zähigkeit (Widerstandsfähigkeit) standhalten. Durch absichtliches Kombinieren dieser beiden Stahltypen werden widersprüchliche Eigenschaften von Schärfe und Dauerhaftigkeit in einer einzelnen Klinge realisiert – dies ist die grundlegende Designphilosophie der japanischen Schwertschmiedung.

Die Wissenschaft der Faltungs- und Hammertechnik—Verunreinigungsentfernung und Stahlhomogenisierung

Die größte Herausforderung von tamahagane ist die Einbeziehung von Schlacken und Verunreinigungen sowie die lokalisierte Verschiebung der Kohlenstoffverteilung. Der "Faltungs- und Hammer"-Prozess löst dies.

Durch wiederholte Wiederholung der Operationen des Erhitzens von Stahl, des Schlagens und Streckens, des Zurückfaltens und erneuten Schlagens werden drei Effekte erzielt.

• Schlacken werden herausgedrückt und der Stahl wird verfeinert
• Kohlenstoffatome diffundieren gleichmäßig im Kristallgitter des Stahls und beseitigen lokalisierte Härteunebenheiten
• Stahlkristallpartikel werden feiner (Feinkörnung), und die Zähigkeit verbessert sich

Theoretisch schreitet die Homogenisierung mit mehr Falten fort, aber übermäßiges Falten verursacht den kontraproduktiven Effekt der Entkohlung, die den Stahl zu weich macht. Nach modernen metallurgischen Analysen wird gezeigt, dass die 8 bis 16 Falten (ungefähr 256 bis 65.536 Schichten), die in traditionellen Schwertschmiedungen durchgeführt werden, eine optimale Lösung für die Kohlenstoffkontrolle und Verunreinigungsentfernung darstellen.

Anzahl der Falten und Qualität der Schmiedung—Die Fehlvorstellung von „Je mehr, desto besser"

Es ist verfrüht, die Qualität eines Schwertes allein auf der Grundlage der Faltenzahl zu beurteilen. Falten sind ein Mittel zur Verunreinigungsentfernung und Kohlenstoffhomogenisierung; die umfassende Kraft des gesamten Prozesses – einschließlich der Qualität des tamahagane-Materials selbst, der Fähigkeit des Schmieds in der Feuerführung und Kontrollierung der Schlagkraft sowie der Temperaturbehandlung während des Härtens – bestimmt letztendlich die Endfestigkeit der Klinge und die Schönheit ihres Kantenschliffs. Die Faltenzahl ist nur ein Element, das den Prozess zusammensetzt, und garantiert allein nicht die Qualität des Schwertes. Bei der Auswahl eines Schwertes ist es praktisch wichtig, es umfassend zu betrachten, einschließlich des Zustands von jigane und Kantenschliff, statt sich auf die einzelne Metrik der Faltenzahl zu konzentrieren.

Positionierungsgestaltung von Shingane und Kawagane—Die Rationalität von „Koubuse Tanae"

Der Prozess der Kombination von kohlenstoffarmen Stahl (shingane) und hochkohlenstoffhaltig Stahl (kawagane), die die Faltungs- und Hammertechnik durchlaufen haben, wird "tsukuri-komi" oder "koubuse tanae" genannt (es gibt andere Methoden wie "hon sanmai" und "shihou zume").

Die typischste koubuse tanae nutzt eine U-förmige Querschnittsstruktur mit shingane, das von kawagane umhüllt ist. Shingane absorbiert Auswirkungen innerhalb der Klinge und verhindert Bruch, während kawagane hohe Kohlenstoffkonzentration und Härte zur Kante hin aufrechterhält. Diese Anordnung ist rational, weil die hochzähe shingane nahe der shinogi-suji (Kammlinie) zu platzieren, wo Spannungskonzentration leicht auftritt, das Bruchrisiko im tatsächlichen Kampf minimiert.

Darüber hinaus wird durch die Gestaltung des niedrigeren Kohlenstoffgehalts von shingane als kawagane während des Härtens nur shingane eine "milde" Wärmebehandlung erhalten und die Wirkung so kontrolliert, dass die Sprödheit der Martensittransformation nicht bis zum Kern der Klinge reicht. Dies ist das gleiche Prinzip wie die moderne Oberflächenhärtungstechnologie, und es ist bemerkenswert, dass die empirische Praxis mit metallurgischem Wissen übereinstimmt.

Härtung und Kohlenstoff-Phasentransformation—Die wissenschaftliche Grundlage von Kantenschliffen

Tsuchimi (Tonüberzug) – der Prozess des Auftragens von "Überzugston", gemischt mit Ton und Wetzsteinpulver, auf die Klinge – ist eine Technik zur Veränderung der Abkühlgeschwindigkeit während des Härtens für verschiedene Bereiche. Durch das dünn (oder gar nicht) Auftragen von Ton an der Kante und dick an der Rückenseite wird die Kante während des Härtens schnell abgekühlt, um Martensit (hochhärtige Phase) zu erzeugen, während die Rückenseite langsamer abkühlt und als Perlit- und Bainitstruktur mit beibehaltener Zähigkeit bleibt.

Hamon (Kantenschliff) wird an der Grenze zwischen der schnell abgekühlten Zone und der langsam abgekühlten Zone gebildet. Je höher der Kohlenstoffgehalt, desto mehr leuchtend weiße nie und nioi erscheinen; diverse hamon-Muster wie midare-ba, choushi-ba und suguha entstehen als kombiniertes Ergebnis der tsuchimi-Form, Härtungstemperatur und tamahaganes Kohlenstoffverteilung. Jedes Mal, wenn der gleiche Schmied mit der gleichen Gestaltung schmiedet, erscheint ein anderer hamon, weil er die "natürliche Variation" der tamahaganes Inhomogenität widerspiegelt.

Spuren des Schmiedens sichtbar in Jigane und Hamon—Punkte zur Wertschätzung

Die geschichtete Stahlstruktur, die durch Faltungs- und Hammertechnik erzeugt wird, erscheint als Muster von "jigane" (Stahlkorn) auf der polierten Klingenoberfläche. Alle sind Spuren, die die Natur von tamahagane und die beim Schmieden aufgewendete Sorgfalt widerspiegeln.

Bezüglich hamon wird das leuchtend weiße körnige Erscheinungsbild "nie" genannt, und das neblig kontinuierliche Erscheinungsbild wird "nioi" genannt; das Erscheinungsbild ändert sich je nach Unterschieden in der Kohlenstoffverteilung an der Grenze und der Abkühlgeschwindigkeit während des Härtens. Die gemeinsame Beobachtung von jigane und hamon bietet Anhaltspunkte zum Verständnis, welcher Stahl und welche Techniken zum Schmieden des Schwertes verwendet wurden.

Dialog zwischen moderner Wissenschaft und traditioneller Technik—Verbleibende Rätsel

Durch moderne Analysen unter Verwendung von Rasterelektronenmikroskopie (SEM) und energiedispersiver Röntgenanalyse (EDX) können Querschnittsstruktur und Kohlenstoffverteilung von meisterhaften Schwertern nun visualisiert werden. Dies bestätigt, dass die von Meistern des Handwerks vor der Edo-Zeit empirisch beherrschte Kohlenstoffkontrolle selbst aus moderner Materialwissenschaftsperspektive optimalen Bedingungen entspricht.

Andererseits bleiben viele Aspekte vollständig unerklärlich. Der Einfluss von einzigartigen Spurenelementen in tamahagane (Titan, Vanadium, usw.) auf Härtungseigenschaften, die visuelle Wirkung der lokalisierten Kohlenstoffsegregation auf die "Szenerie" von hamon, und das implizite Wissen der einzelnen Schwertmacher – die Technik, die Qualität vom Schlagton, der Flammenfarbe und der Viskosität des Stahls zu beurteilen – gehören zum Bereich des schwer zu quantifizierenden impliziten Wissens.

Die Technologie der Kohlenstoffverteilungskontrolle in shingane und kawagane ist eine einzigartig japanische Materialsengineering-Erfindung, die aus den Einschränkungen des inhomogenen Materials tamahagane hervorgegangen ist. Das Verständnis ihrer wissenschaftlichen Rationalität bietet eine Perspektive zur Bewertung von japanischen Schwertern nicht nur als Waffen oder Kunstobjekte, sondern als intellektuelle Leistungen in der Menschheitsgeschichte der Technologie.

NBTHK-Zertifikate und Nachweis der traditionellen Technik

Das von NBTHK (Society for Preservation of Japanese Art Swords) ausgestellte Zertifikat wird nach einer umfassenden Überprüfung der Qualität von jigane und hamon, Erscheinungsbild, Signatur und anderen Elementen durch Experten ausgestellt und zeigt Authentifizierungskategorien wie Zeit, Herkunft und Schule. Traditionelle Techniken wie Faltungs- und Hammertechnik und die Konstruktion von shingane und kawagane sind eng mit der Bewertung von jigane und hamon verknüpft, die im Zertifikat verzeichnet sind, was sie zu einem der indirekten Unterstützungsmaterialien für diese Techniken macht, die ordnungsgemäß angewendet werden. Bei der Auswahl eines Schwertes wird die eigenständige Überprüfung des Zustands von jigane und hamon zusammen mit dem Inhalt des Zertifikats zu einer praktischen Gebrauchsanleitung zum Erkennen authentischer Werke, die auf traditioneller Technik basieren.