Tsumiwakashi: Die Wissenschaft des Schmiedeschweißens beim Stapeln und Erhitzen mehrerer Stahlstücke in der japanischen Schwertfertigung

Das "Vor-Stadium" des Faltens und Schmiedens bestimmt die Qualität

Bei der Diskussion des Herstellungsprozesses von japanischen Schwertern ist das am häufigsten diskutierte Verfahren das "ori-kaeshi tanren" (Falten und Schmieden). Es ist allgemein bekannt, dass der Prozess des wiederholten Faltens und Schmiedens von Tamahagane die Qualität der Klinge beeinflusst, aber es gibt wenig spezialisierte Erklärungen für sein "Vor-Stadium", den "tsumiwakashi" (Stapeln und Erhitzen) Prozess.

Tsumiwakashi ist der Prozess des Stapelns ausgewählter Tamahagane-Stücke, des Erhitzens in einem Schmiedeofen und des Schmiedeschweißens (tansetsu) dieser zusammen. Dieser Prozess erzeugt "einen Stahlblock (kogane)", der zum Material für das Falten und Schmieden wird – ein wichtiger Schritt, der die endgültige Qualität des japanischen Schwertes direkt beeinflusst.

Von der Tamahagane-Auswahl bis zum Stapeln

Tamahagane, das durch Tatara-Schmelzen hergestellt wird, kommt in die Hand des Schwertschmieds als heterogenes Material mit unterschiedlichem Kohlenstoffgehalt. Teile mit hohem Kohlenstoffgehalt sind hart und spröde, während solche mit niedrigem Kohlenstoffgehalt flexibel, aber zäh sind.

Der Schwertschmied bricht das Tamahagane mit einem kleinen Hammer und bewertet den Kohlenstoffgehalt durch Beobachtung der Farbe des Querschnitts, des Rissmusters und der Rauhheit der Kristalle. In diesem Auswahlprozess, genannt "wari" (Spalten), wird das Material in hochkohlenstoffhaltigen Stahl für die äußere Schicht (kawagane) und niedrigkohlenstoffhaltigen Stahl für den Innenkern (shingane) getrennt.

Bei tsumiwakashi werden die ausgewählten Stahlstücke auf einer Eisenplatte (shitakura) gestapelt, mit "Schlamm" bedeckt, der aus einer Mischung von Strohrasche (warabai) und Wasser besteht, und in den Schmiedeofen gelegt. Der Schlamm fungiert als "Flussmittel", das verhindert, dass der Stahl während des Erhitzens oxidiert, und hilft, die Oxidationsschicht auf der Schmiedeschweißfläche aufzulösen, um direktes Metallbonden zu erleichtern.

Schmiedeofen-Temperaturkontrolle—1300°C als kritischer Punkt

Der kritischste Aspekt von tsumiwakashi ist die Temperaturkontrolle. Die für Schmiedeschweißen erforderliche Temperatur variiert je nach Stahltyp, aber für Tamahagane liegt der Zielbereich im Allgemeinen bei 1200–1350°C (der Zustand, in dem der Stahl "kocht" oder niwaku).

Der "Koch-"Zustand wird durch visuelle Beobachtung bestimmt. Wenn das Glühen des Stahls im Schmiedeofen von Orange zu fast Weiß wechselt und unzählige kleine Funken (waki-hana) auf der Oberfläche zu zerstreuen beginnen, signalisiert dies, dass die angemessene Temperatur zum Schmiedeschweißen erreicht wurde. Dieser Zustand wird "waki-hada" genannt, und der Schwertschmied beurteilt den Zeitpunkt zum Entfernen des Stahls aus dem Schmiedeofen durch Beobachtung dieser Bedingung.

Wenn die Temperatur zu niedrig ist, ist das Schmiedeschweißen unvollständig, und "hagaré" (Ablösung) wird während des nachfolgenden Falt- und Schmiedeprozesses auftreten. Umgekehrt führt eine zu hohe Temperatur zu "yake-futori" (Kohlenstofffverlust und Korngrenzenfusion), was den Stahl schwächt. Dieses empfindliche Gleichgewicht kann nicht numerisch gemessen werden und hängt vollständig von der Erfahrung und visuellen Beurteilung eines erfahrenen Schwertschmieds ab.

Der Moment des Schmiedeschweißens—Präzise Kontrolle der Hammerkraft und des Winkels

Der erhitzte gestapelte Stahl wird aus dem Schmiedeofen entfernt, auf einem Amboss (kanatoko) platziert und schnell durch Schläge mit einem großen Hammer (ōtsuchi) schmiedeschweißt. Da der anfängliche Schlag die Gesamtform bestimmt, sind koordinierte aufeinanderfolgende Schläge zwischen Meister und Lehrling (sakite) erforderlich.

Während des Schmiedeschweißens sind der Winkel und die Kraft der Schläge kritisch. Wenn der gestapelte Stahl zusammengedrückt wird, wird die Oxidationsschicht (noro) nach außen getrieben, um zu verhindern, dass sie im Inneren verbleibt. Wenn noro im Inneren gefangen wird, wird es zu einem "Schmiedefehler" (kitakizu), was zu einem Fehler in der fertigen Klinge führt.

Diese Arbeit muss schnell erledigt werden, da nur die wenigen Sekunden unmittelbar nach dem Entfernen des Stahls aus dem Schmiedeofen die angemessene Temperatur beibehalten. Wenn der Stahl abkühlt, entwickelt er "Viskosität" (nebari) und wird schwerer zu schlagen, was eine Umwärmung erfordert. Umgekehrt führt fortgesetzte übermäßige Erwärmung zu fortschreitender Oxidation. Die koordinierten aufeinanderfolgenden Schläge zwischen Meister und Lehrling maximieren dieses kurze Gelegenheitsfenster.

Der durch moderne Wissenschaft offenbarte Schmiedeschweißmechanismus

Die moderne Metallurgie hat den Schmiedeschweißmechanismus von tsumiwakashi teilweise aufgeklärt. Schmiedeschweißen von Stahl (Festphasenbonden) ist das Phänomen, bei dem Flussmittel (SiO₂ und K₂O in Strohrasche) sich auflöst und den Oxidationsfilm auf der Bondfläche entfernt, und saubere Metalloberflächen kommen unter hoher Temperatur und Druck in Kontakt, um "Diffusionsbonden" zu erzeugen. Eisenatome diffundieren gegenseitig über die Bondebene, beseitigen unterschiedliche Grenzen und schaffen einheitlichen Stahl.

Jedoch ist es auch mit diesem theoretischen Verständnis in der Praxis unmöglich, aufgrund von Variationen im Klima, der Holzkohlequalität, des Schmiedezustands und der Eigenschaften einzelner Tamahagane-Chargen das ordnungsgemäße Schmiedeschweißen allein durch numerische Verwaltung zu erreichen. Dies ist der Grund, warum das "empirische Wissen" des Schwertschmieds auch heute noch unverzichtbar bleibt.

Die Anzahl der Tsumiwakashi-Operationen und Stahlhomogenisierung

Weil eine einzelne tsumiwakashi- und Schmiedeschweißoperation den Stahl nicht ausreichend homogenisiert, werden typischerweise 2–3 oder mehr Zyklen von tsumiwakashi → Schmiedeschweißen → Falten und Schmieden wiederholt.

Die erste tsumiwakashi beginnt mit unterschiedlichen Kohlenstoffprozentsätzen und Kohlenstoffverteilung, und schrittweise Homogenisierung schreitet durch wiederholtes Schmiedeschweißen und Falten voran. Vollständige Homogenisierung ist nicht unbedingt das Ziel; vielmehr ist es wichtig, die Materialien absichtlich in der tsumiwakashi-Phase zu trennen, um die gewünschte Kohlenstoffverteilung von "niedrigkohlenstoffhaltigem shingane und hochkohlenstoffhaltigem kawagane" zu erreichen.

Jede Schule der Schwertfertigung hat ihren eigenen Ansatz zur Anzahl der tsumiwakashi-Operationen und zur Kombination von Materialien, was sich in dem charakteristischen "jihada-Charakter" jeder Schule widerspiegelt. Selbst wenn das gleiche Tamahagane verwendet wird, erzeugen Unterschiede im tsumiwakashi-Verfahren Variationen im jihada-Muster (itame, kō-itame, mokume, usw.).

Schlussfolgerung: Der unsichtbare Prozess bestimmt die Klingenqualität

Obwohl tsumiwakashi einer der unauffälligsten Prozesse in der japanischen Schwertfertigung ist, bestimmen die Auswahl des Kohlenstoffgehalts in dieser Phase, die Präzision des Schmiedeschweißens und die ordnungsgemäße Temperaturkontrolle die Qualitätsfundament für alle nachfolgenden Prozesse nach Falten und Schmieden. Wie das Sprichwort "großartige Klingen beginnen mit Materialien" andeutet, sind das Auge des Schwertschmieds zur Auswahl von Tamahagane in der tsumiwakashi-Phase und die Schmiedeschweißtechnik die ersten Bedingungen zum Erstellen einer meisterlichen Klinge.