Yakimodoshi (Tempering) Technik: Nachquench-Tieftemperatur-Behandlung und Zähigkeitswissenschaft

Das Quenchen beenden—Was ist Tempering?

Unter allen Herstellungsprozessen japanischer Schwerter wird das "yaki-ire" (Abschrecken/Härtung) am häufigsten diskutiert. Ein Schwertblatt, das mit einer Tontemper-Verbindung beschichtet ist, wird in einem Ofen erhitzt und dann schnell in Wasser getaucht, um es schnell abzukühlen und dadurch die Schneide zu härten und ein schönes hamon (Blattmuster) zu schaffen—dieser dramatische Prozess ist das eigentliche Symbol des japanischen Schwertes.

Jedoch hat das Abschrecken eine ernsthafte Nebenwirkung. Die "Martensitische Umwandlung", die sich aus der schnellen Abkühlung ergibt, härtet das Blatt, während sie Sprödigkeit (morosa) einführt. Ein hartes, aber sprödes Blatt riskiert zu brechen unter der Auswirkung tatsächlicher Kämpfe oder Schneidtests.

Um diese Sprödigkeit zu verringern, wird ein Prozess namens "yakiyamashi (Tempern/Wärmebehandlung)", auch "Temperglühen" genannt, angewendet. Dies ist ein Tieftemperatur-Behandlungsprozess. Bei der Verwirklichung der "drei Tugenden" des japanischen Schwertes—"bricht nicht, biegt nicht, schneidet gut"—ist das Tempern genauso wichtig wie das Abschrecken selbst.

Abschrecken und Martensit aus der Perspektive der Metallwissenschaft

Um das Tempern zu verstehen, müssen wir zuerst erfassen, was beim Abschrecken passiert.

Von Austenit zu Martensit

Wenn Stahl (mit Kohlenstoffgehalt von etwa 0,3–1,5%) auf etwa 800°C oder höher erhitzt wird, nehmen Eisenatome eine kubisch-flächenzentrierte Gitterstruktur (Austenit) an, mit Kohlenstoffatomen, die gleichmäßig im Gitter gelöst sind.

Wenn schnell von diesem Zustand abgekühlt wird (Abschrecken), haben Kohlenstoffatome keine Zeit, aus dem Gitter ausgestoßen zu werden, und bleiben "gefangen", während sich das Eisengitter in ein tetragonal-raumzentriertes Gitter (Martensit) umwandelt. Diese Gitterverzerrung erzeugt Härte—eine Vickers-Härte von HV700–900 oder höher, die 2–3 mal so hoch ist wie bei gewöhnlichem Stahl.

Die Sprödigkeit von Martensit

Das Problem ist, dass aufgrund der Gitterverzerrung Martensit es schwierig macht, dass sich Versetzungen bewegen, was zu einem deutlichen Rückgang der Zähigkeit (Widerstandsfähigkeit) des Materials führt. Bei Schlag wird eher Sprödbruch (Brechen) als duktile Verformung (Biegen) wahrscheinlicher.

Unmittelbar nach dem Abschrecken befindet sich das Blatt in einem "hart und spröde" Zustand, der nicht praktisch für die tatsächliche Verwendung ist.

Das Prinzip des Temperns—Tieftemperatur-Behandlung zur Verringerung der Sprödigkeit

Tempern ist ein Prozess, bei dem abgeschreckter Stahl auf eine Tieftemperatur von 150–300°C erneut erhitzt wird. Innerhalb dieses Temperaturbereichs finden keine Umwandlungen statt, die signifikant genug sind, um den Stahl zu erweichen, aber die folgenden Veränderungen treten auf.

1. Feine Ausscheidung von Karbiden

Kohlenstoff, der im Martensit gefangen ist, beginnt durch Tieftemperatur-Erhitzung als "Zementit (Eisenkarbid, Fe₃C)" in feiner kristalliner Form auszuscheiden. Dies lindert die Gitterverzerrung und stellt die Zähigkeit wieder her.

2. Stabilisierung oder Zerlegung von zurückgehaltenem Austenit

"Zurückgehaltener Austenit", der sich während der schnellen Abkühlung nicht vollständig in Martensit umwandelt, stabilisiert sich oder wandelt sich durch Tieftemperatur-Behandlung in eine andere Mikrostruktur um. Zurückgehaltener Austenit trägt die Gefahr einer plötzlichen Umwandlung zu Martensit unter äußerer Belastung (transformationsinduzierte Plastizität), und seine Beseitigung verhindert unerwartete Verformung.

3. Verringerung der inneren Spannung

"Eigenspannung" aus thermischer Unebenheit während der schnellen Abkühlung wird teilweise durch Tieftemperatur-Erhitzung gelindert. Da innere Spannung eine Quelle von Verwölbung (sori) und feinen Rissen im Blatt ist, trägt ihre Erleichterung zur Blattstabilität bei.

Formen der Temperungsimplementierung in japanischen Schwertern

In der traditionellen japanischen Schmiedekunst bleibt es diskutiert, ob der "Temperungs"-Prozess mit demselben bewussten Verständnis wie in der modernen Metallurgie implementiert wurde, aufgrund spärlicher historischer Dokumentation. Jedoch deuten die folgenden Perspektiven auf seine Implementierung hin.

Die "Raffinerungen beim Abkühlen" des Schwertschmieds

Die Wassertemperatur unmittelbar nach dem Abschrecken, die Abschreckgeschwindigkeit, die Art, das Blatt zu halten—all diese wurden von erfahrenen Schwertschmieden mit Präzision kontrolliert. Das Blatt während es noch heiß ist, in einem bestimmten Zustand nach dem Herausnehmen aus dem Wasser zu halten, ein Prozess, der möglicherweise beabsichtigt war oder nicht, führte wahrscheinlich zu einem Temperungseffekt durch Tieftemperatur-Erhitzung.

Ein Prozess namens "Sashimodoshi"

Einige Schwertschmiede haben Aufzeichnungen eines Prozesses namens "sashimodoshi" (Wiedereinführung/Neutemperung) oder "modoshi" (Tempern). Verschiedene Schmiede verwendeten verschiedene Ansätze: Tieftemperatur-Erhitzung des abgeschreckten Blattes in einem Ofen oder Restafeuer, oder Aufrechterhaltung einer Temperatur nahe der Körperwärme durch Anpassung des Griffes und Halten desselben.

Aus der Perspektive der modernen Materialwissenschaft werden solche Prozesse als Bringung eines Temperungseffekts bei etwa 150–250°C interpretiert, wobei die Blattzähigkeit verbessert wird.

Der wissenschaftliche Ansatz des modernen Schwertschmieds

Einige zeitgenössische Schwertschmiede (insbesondere diejenigen, die von der Agentur für Kulturangelegenheiten zur Ausübung des Handwerks zertifiziert sind) integrieren aktiv Materialwissenschafts-Kenntnisse und implementieren bewusst das Tempern. Elektronische Öfen und Thermoelement-Thermometer werden zur Temperaturkontrolle verwendet, und das Tempern in elektronisch gesteuerten Öfen, die auf 150–200°C eingestellt sind, wird manchmal durchgeführt.

Jedoch gibt es in der traditionellen Schmiedekunst Debatten darüber, ob man "Tempern in elektronisch gesteuerten Öfen" durchführen sollte, mit philosophischen Meinungsverschiedenheiten zwischen Schwertschmieden, die "Aufrechterhaltung traditioneller Prozesse basierend auf Handgefühl und Erfahrung" betonen, und denen, die "Qualitätsstabilisierung durch wissenschaftliche Kontrolle" priorisieren.

Was passiert bei unzureichender oder übermäßiger Temperung

Unzureichendes Tempern (Übermäßige Sprödigkeit)

Wenn das Tempern unzureichend ist, bleibt die Sprödigkeit des Martensits bestehen, und das Blatt wird empfindlich gegenüber Schlägen. Während Schneidtests oder Sparring wird die Schneide anfällig für Absplitterung (hagane-kobore), und im schlimmsten Fall bricht das Blatt. Insbesondere unzureichende Zähigkeit auf der Rückenseite (mune) erhöht das Risiko eines Blattbruches.

Übermäßiges Tempern (Härteverlust)

Umgekehrt, wenn die Temperaturtemperatur zu hoch ist oder die Dauer zu lange, geht die martensitische Härtung verloren, und die Schneidfähigkeit des Blattes nimmt ab. Darüber hinaus kann sich das hamon (die Grenze der gehärteten Struktur) möglicherweise unklar werden, was möglicherweise seinen Wert bei der Bewertung verringert.

Die Auswirkung des Temperns auf das Hamom-Aussehen

Das Tempern ändert nicht die Form des hamon selbst, soll aber subtile Einfluss auf das Aussehen von "nie" (Siedepunkte—körniger Glanz auf der Blatterngrenze) und "nioi" (Duft—nebelhafter Farbverlauf an der Blatterngrenze) ausüben.

• Nie (körniger Glanz auf der Blatterngrenze): Ausgeprägter da Martensit-Partikel größer sind, aber der Glanz kann sich ändern, da Partikel durch das Tempern feiner werden
• Nioi (nebelhafter Farbverlauf an der Blatterngrenze): Bezogen auf den Temperaturgradienten an der Grenze und den Karbidausscheidungszustand; das Aussehen ändert sich je nach Temperungsbedingungen

Einige Bewerter besitzen die Fähigkeit, den Grad des Temperns aus dem "Stehen" von nie-Partikeln im hamon zu beurteilen.

Schlussfolgerung—Die Wissenschaft, die "Bricht nicht, Biegt nicht, Schneidet gut" unterstützt

Die drei großen Tugenden des japanischen Schwertes—"bricht nicht, biegt nicht, schneidet gut"—können nicht durch einen einzigen Prozess verwirklicht werden. Während das Abschrecken "Schneidfähigkeit und Blattmuster" bietet, spielt das Tempern die Rolle, "Zähigkeit, die nicht bricht" zu sichern.

Die Mechanismen der martensitischen Umwandlung, Karbidausscheidung und Eigenspannungserleichterung, die durch moderne Materialwissenschaft erläutert werden, validieren Techniken, die japanische Schwertschmiede lange durch Erfahrung und Intuition praktiziert haben. Tempern-Technologie, wo Tradition und Wissenschaft sich schneiden, steht als Symbol der Tiefe der japanischen Schmiedekunst.