Damaszener Stahl - Handgeschmiedete Messer aus Damast

Damaszener Stahl – Referat Werkstoffe und Verfahrenstechnik
Fachbereich
Informations- und Kommunikationswesen
Studiengang
Technische Redaktion
6. Semester SS 2001
Referat Werkstoffe und Verfahrenstechnik
Thema:
Damaszener Stahl
Ilka Siegling, Sylvie Haase
1
Damaszener Stahl – Referat Werkstoffe und Verfahrenstechnik
Inhaltsverzeichnis
1
Einführung.............................................................................................................. 4
2
Geschichte .............................................................................................................. 5
3
Stahl ....................................................................................................................... 5
3.1 Das Gefüge ......................................................................................................... 5
3.2 Kohlenstoff.......................................................................................................... 6
3.3 Herstellung von Stahl........................................................................................... 6
4
Fertigung der Klinge ................................................................................................ 7
4.1 Kurzer Ablauf...................................................................................................... 7
4.2 Das Schweißpaket ............................................................................................... 8
4.3 Feuerschweißen................................................................................................... 8
4.4 Falten.................................................................................................................. 8
4.5 Tordieren ............................................................................................................ 9
4.6 Klinge zusammensetzen......................................................................................10
4.7 Härten................................................................................................................11
4.8 Schärfen.............................................................................................................11
4.9 Damast ausziehen ...............................................................................................11
4.9.1 Hoch-Tief-Ätzen .........................................................................................11
4.9.2 Burnieren....................................................................................................12
5
Musterbildung ........................................................................................................13
6
Was war anders in Japan? .......................................................................................16
6.1 Schmiedevorgang................................................................................................16
6.2 Härten................................................................................................................17
6.3 Polieren..............................................................................................................17
7
Was war anders in Indonesien? ................................................................................17
7.1 Pamortechnik......................................................................................................17
7.2 Ätzen.................................................................................................................17
8
2
Wootz ....................................................................................................................19
Damaszener Stahl – Referat Werkstoffe und Verfahrenstechnik
9
Probleme................................................................................................................20
9.1 Die Stahlherstellung ............................................................................................20
9.2 Die richtige Temperatur ......................................................................................20
9.3 Das Falten..........................................................................................................20
10 Eigenschaften.........................................................................................................21
11 Warum hat man aufgehört? .....................................................................................21
Literaturliste ..................................................................................................................22
Bildernachweis ..............................................................................................................22
3
Damaszener Stahl – Referat Werkstoffe und Verfahrenstechnik
1
Einführung
Heute gibt es viele unklare Vorstellungen über die Herkunft und die Eigenschaften von
Damaszener Stahl, oder überhaupt über die Kultur- und Zeitepochen, in denen Damaszener
Stahl hergestellt wurde.
Eines ist klar, die Waffen aus Damaszener Stahl wurden nicht in Damaskus hergestellt, wie
der Name vermuten lassen könnte. Damaskus war vielmehr ein bedeutender Handelsplatz im
Orient und damit ein wichtiger Waffenumschlagplatz.
Es gibt unendlich viele Varianten von Damaszener Stahl. Sie unterscheiden sich durch ihre
Qualität, die Herstellung, das Aussehen und den Verwendungszweck. Allen gemein ist aber
die mehr oder weniger gemusterte Oberfläche, die den inneren Aufbau der Waffe widerspiegelt.
Es gibt zwei Grundtypen von Damaszener Stahl.
Der häufiger vorkommende und ältere ist der Schweißdamast, auch Schweißverbundstahl
genannt. Er wurde von den Normannen, Alemannen, Franken, Samurai, den Römern und in
Indonesien verwendet.
Der zweite Typ ist das Wootz, auch Tiegelschmelzstahl oder Kristallationsdamast genannt.
Daraus bestehen die indisch-persischen Blankwaffen aus der Mogulzeit.
Lange Zeit war in der westlichen Welt die Kunst, Damaszener Stahl zu fertigen, verloren.
Erst als nach den Kreuzzügen Waffen mit Wootzklingen nach Europa kamen, hat man
versucht, diese nachzuschmieden. So kam es zu einer Wiederbelebung des Damastes.
Abbildung 1 zeigt eine europäische Klinge aus Damaszener Stahl.
Abbildung 1 Europäische Klinge
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Damaszener Stahl – Referat Werkstoffe und Verfahrenstechnik
2
Geschichte
Es ist schon bis in die frühe Eisenzeit hinein belegt, daß mehrere kleine Eisenmengen zu
einem größeren Teil zusammengeschweißt wurden. Aber warum?
In Grönland, Sumer und Ägypten gewann man Eisen von Meteoriten. Dann hat man dort
versucht, das Eisen aus Stein zu gewinnen. Aber man konnte das Eisen nicht schmelzen, die
dafür erforderliche Hitze 1535 °C war einfach nicht zu erreichen.
Dieses Problem hatten auch die Menschen in anderen Gebieten. Sie nutzten zur Erzgewinnung Rennfeuer. Dabei erhielten sie aber nur kleine, verschlackte Eisenteile, die Luppen.
Schmiedete man diese Teile aber gut durch, erhielt man recht reines, weiches Eisen. Das war
besser als die damals übliche Bronze, wie sie die Germanen, Griechen und Römer nutzten.
Weil von den Luppen nur wenige 100 Gramm brauchbar waren, hat man zuerst nur kleine
Gegenstände gefertigt. Dann aber machte man eine Entdeckung: Man kann mehrere Eisenstücke, z. B. mehrere Luppen und wiederverwendetes altes Eisen, zu einem verbinden, und
so durch Feuerschweißen ein großes Stück Eisen erhalten.
Außerdem merkte man, daß das Eisen sehr unterschiedlich beschaffen war. Es konnte hart
oder weich sein, warm- oder kaltbrüchig, und verschiedene Farben haben. Aus der Erfahrung
zeigte sich, daß hartes Eisen gut für Messer war, aber sehr spröde. Es blieb lange scharf,
konnte mehr aushalten, aber bei Überlastung durchbrechen, und die Bruchstücke trafen dann
nicht nur den Feind.
Weiches Eisen dagegen war zäh. Das war schlecht für Schwerter, denn die würden verbiegen
und beim Kampf tiefe Kerben davontragen.
Das Ziel der Schmiede war also, diese beiden Eigenschaften zu kombinieren. So entdeckte
man den Verbundstahl. Er wurde bis zur hohen Perfektion entwickelt, zum Beispiel von den
Römern, aber das hat sehr lange gedauert.
Das bisher älteste gefundene Exemplar von Damast stammt von 500 v.Chr. Es ist ein
keltisches Schwert aus Streifendamast.
3
Stahl
Damaszener Stahl besteht immer aus mindesten zwei Stahlsorten, normalerweise einem
kohlenstoffreichen und einem kohlenstoffarmen Stahl (Eisen). Wie man das Eisen hergestellt
hatte, wurde schon erklärt, kommen wir nun zum kohlenstoffreichen Stahl.
3.1
Das Gefüge
Für die Eigenschaften eines Materials ist das Gefüge verantwortlich. Es wird durch Fremdatome und Wärmebehandlung beeinflußt. Das Gefüge besteht aus einzelnen Körnern, die aus
einem Gitter aufgebaut sind, das sich aus einzelnen Elementarzellen zusammensetzt. Die
Elementarzelle besteht beim Stahl aus Eisenatomen und Fremdatomen. Diese Fremdatome
tragen zur inneren Verspannung bei, erhöhen also die Härte.
Die Eisenatome können sich in zwei unterschiedlichen Formen zu den Elementarzellen
anordnen:
1. dem kubischraumzentrierten Alpha-Eisen,
2. dem kubischflächenzentrierten Gamma-Eisen.
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Damaszener Stahl – Referat Werkstoffe und Verfahrenstechnik
Welche Form gebildet wird, ist abhängig von der Temperatur und den Legierungselementen.
Reines Eisen liegt bei Raumtemperatur als Alpha-Eisen vor (Ferrit). Bei 906 °C verwandelt
es sich in Gamma-Eisen (Austenit). Das wiederum verwandelt sich bei 1401 °C in kubischraumzentriertes Delta-Eisen, das bei 1528 °C schmilzt.
3.2
Kohlenstoff
Kohlenstoff (C) ist das wichtigste Legierungselement. Es ist etwas größer als die Zwischengitterplätze, die es einnimmt. Bedingt durch Größe der Elementarzelle kann Alpha-Eisen bis
0,018 % C und Gamma-Eisen bis ca. 1,7 % C lösen. Kann kein C mehr eingelagert werden,
hat man Eisenkarbid (Fe 3 C). Dieses Gefüge nennt man Zementit.
3.3
Herstellung von Stahl
Zur Blütezeit von Damaszener Stahl war die Stahlherstellung ein sehr komplizierte Angelegenheit.
Eisen kommt in der Natur nur als Verbindung (Oxid) vor. Mit den damals maximal verfügbaren 1200 °C konnte man das Eisenoxid reduzieren, aber man konnte kein flüssiges Eisen
erhalten. Statt dessen entstehen kleine Eisenpartikel, eingeschlossen in die Eisenblüte (Eisenoxid, Schlacke und unverbrannte Holzkohle). Durch viel Schmieden erhielt man dann das
recht reine, weiche Eisen. Hämmerte man bei hoher Temperatur weiter auf diesem Eisen
herum, erhielt man Schmiedeeisen. Ohne zu wissen, was man tat, hat man den C-Gehalt von
ca. 0,1 % auf 0,9 % erhöht. Dadurch stieg die Festigkeit um eine Dreifaches.
Man konnte das Eisen dann immer noch nicht schmelzen. Aber es hat sich herausgestellt,
daß das Eisen, wenn man es lange im Holzkohlefeuer glühen läßt, noch fünfmal härter wird.
Dieser Vorgang heißt Tempern. Dabei läßt man C (oder auch Phosphor, oder beides, es
hängt wohl von der Region ab) über die Oberfläche eindiffundieren. Dafür läßt man das
Eisen, oder auch gleich das ganze Schwert, lange bei hoher Temperatur im Holzkohlefeuer
rösten. Was dabei im Eisen passiert, ist die Zementation. Viel C löst sich im Austenit, aber
nur an der Oberfläche. Kühlt man das Eisen dann ganz schnell ab, hat das C keine Zeit, sich
umzuorganisieren. Man erhält dann Ferrit, aber mit relativ viel C. Dieses Gefüge hat eine
stark gestörte Gitterstruktur, genannt Martensit.
Dann macht man das Eisen noch einmal heiß, aber nicht so heiß wie beim Tempern, und
hämmert darauf herum. Dabei manipuliert man die Versetzungen im Eisen. Heraus kommt
ein Stahlschwert.
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4
4.1
Fertigung der Klinge
Kurzer Ablauf
1. Das Schweißpaket wird zusammengestellt.
2. Das Schweißpaket wird zusammengeschweißt, der Vorgang heißt Feuerschweißen.
3. Das Schweißpaket wird gefaltet, um die Lagen zu erhöhen.
4. Die Stäbe werden tordiert.
5. Das Schwert wird zusammengeschmiedet.
6. Das Schwert wird gehärtet.
7. Dann wird das Schwert geschärft.
8. Am Ende wird das Schwert geätzt, um das Muster sichtbar zu machen.
Abbildung 1 zeigt einige Schritte des Ablaufs am Werkstück.
Abbildung 2 Der Ablauf
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4.2
Das Schweißpaket
Das Schweißpaket besteht aus zwei oder mehr Sorten Stahl. Der Stahl unterscheidet sich
durch den C-Gehalt (alternativ Phosphor) oder die Legierungsbeimengungen (Wolfram,
Nickel, Mangan).
Die Stahlsorten setzt man in Lamellen- oder Strangform zusammen, immer abwechselnd.
Für gewöhnlich beginnt und endet man mit dem weichen Stahl. Um das Paket wickelt man
einen hitzebeständigen Draht, der es zusammenhält.
Üblich ist ein 3-5 kg schweres Schweißpaket. Wieviel man auf einmal verarbeiten kann, ist
abhängig von der aufwendbaren Kraft, also den Hämmern, die einem zur Verfügung stehen,
und der Wärmequelle.
4.3
Feuerschweißen
Das Feuerschweißen basiert auf einem Diffusionsvorgang. Das bedeutet, das C wandert von
hoher zu niedriger Konzentration, um die Dichte und Konzentration auszugleichen.
Bringt man zwei metallene blanke Oberflächen in Kontakt, und setzt sie hoher Temperatur
und Druck aus, dringen die Atome in die andere Oberfläche ein. Es entsteht eine quasihomogene Verbindung. In der Schweißnaht befinden sich oft feine Oxidationseinschlüsse,
die das Gefüge stören. Deshalb setzt man ein Flußmittel, ein Schweißpulver, ein. Früher
verwendete man Quarzsand, heute Borax. Möglich sind aber auch Sand, Lehm und Glaspulver.
Borax ist bei Raumtemperatur fest, schmilzt aber auf heißem Eisen. Dadurch bildet sich ein
glasartiger Überzug, der den Stahl vom Sauerstoff abschließt. Zunderschichten werden damit
vermieden, und Borax kann auch kleinere Zunderschichten auflösen.
Beim Schweißen wird das Borax aus der Schweißzone gepreßt, dabei schwemmt es Fremdpartikel mit aus. Durch das Schweißmittel ist auch Schweißen bei relativ nie drigen Temperaturen möglich. Die Gefahr, daß das Material verbrennt, ist dann nie driger. Überhitztes Material sieht im Damastmuster einfach nur grau und verwaschen aus.
Um das Paket auf Schweißtemperatur zu bringen, ist viel Erfahrung nötig. Ist das Paket
weißglühend, bringt man schnelle Hammerschläge an, immer von der Seite beginnend, damit
das Flußmittel gut abfließen kann.
Ist die Temperatur zu niedrig, verbinden sich die Stahlsorten nicht richtig, das Eisen ist nicht
weich genug und kann sich bei weiterem Schmieden lösen.
Bei zu hoher Temperatur dringt Sauerstoff ein, die Körner wachsen unkontrolliert, das C
brennt aus. Der Stahl ist dann nicht mehr hart.
Um eine Schweißung durchzuführen, sind oft mehrere Hitzen erforderlich, denn unter 800
°C wird der Stahl spröde und reißt. Am Besten ist das Material zwischen 800 und 1250 °C
bearbeitbar.
4.4
Falten
Das Schweißpaket wird ausgeschmiedet, so daß es doppelt so lang ist und nur halb so stark.
Mit einem Keil wird es längs oder quer geteilt. Die beiden Hälften klappt man aufeinander.
Diesen Vorgang nennt man Falten. Dabei wird die Zahl der Lagen verdoppelt. Die Hälften
schmiedet man zusammen, reckt sie zu einer Stange aus und wiederholt die Faltung. Beginnt
man mit drei Lagen, und macht sieben fehlerfreie Faltungen durch, erhält man 384 Lagen.
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Damaszener Stahl – Referat Werkstoffe und Verfahrenstechnik
Durch Verluste beim Schmieden ist die reale Zahl aber niedriger. In Europa sind 300 bis 400
Lagen üblich. In Japan haben die Klingen 1000 Lagen, aber es wurden auch schon welche
mit bis zu 1,2 Millionen Lagen gefunden. Das entspricht etwa 18 Faltungen.
So erhält man den einfachsten Damast, den Lagendamast.
Durch das Falten erhält das Endmaterial gleichmäßig die Eigenschaften aller Ausgangsmaterialien, das heißt, die Gefüge wechseln sich möglichst oft innerhalb des Materialstückes ab.
4.5
Tordieren
Den ersten Einfluß auf das Muster traf man schon mit der Wahl der Zahl der Lagen. Außerdem kann man die Stäbe tordieren, oder Material wird weggenommen (spanabhebend oder
heißstempeln), oder man kombiniert diese Techniken.
In Europa war das Tordieren sehr beliebt.
Man nimmt einen ausgereckten Stab mit einem Durchmesser von etwa 6-10 mm. Der Stab
kann rund, vierkantig oder achteckig sein. Man bringt den Stab zum Glühen dreht ihn mit
einem Wendeeisen ein, das heißt, man tordiert ihn. Dabei kann man rechts oder links drehen,
grob oder fein, ganz oder teilweise, oder wieder alles mischen.
Den tordierten Stab kann man dann flachschleifen, so entstehen verschiedene Muster. Abbildung 3 zeigt die verschiedenen Abschliffstadien. In Abschnitt a sieht man den Querschnitt,
in Abschnitt b die abgeschliffene Oberfläche des Stabes. Im letzten Bild hat man bis 50 %
heruntergeschliffen. Schleift man weiter, kehren sich die Muster wieder um.
Abbildung 3 Abschliffstadien
Durch die Torsion beeinflußt man aber nicht nur das Muster. Bei einem tordierten Stab
gehen die Schweißnähte nicht so leicht auseinander, da vieles von dem Oxid, das beim
Schweißen produziert wurde, frei wird und abblättert. Außerdem kann man schon die Qualität der Stäbe beurteilen, sind sie schlecht, hört man es ihnen an. Das behaupten jedenfalls die
Schmiede. Außerdem verteilt man, wenn man mit getemperten Stäben arbeitet, noch einmal
das C.
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4.6
Klinge zusammensetzen
Eine Klinge kann aus einem einzelnen tordierten Stab bestehen, wird aber meistens aus
mehreren Bahnen zusammengesetzt. Man kann verschiedene tordierte mit nicht tordierten
Stäben kombinieren, oder auch Stäbe aus nur Eisen und nur Stahl dazw ischen setzen.
Abbildung 4 zeigt die Querschnitte typischer Klingenkombinationen.
Für die beste Nutzbarkeit hat das Schwert einen damaszierten Kern, aber an den Schneiden
nur Stahl.
Hat man das Klinge zusammengestellt, wird alles zusammengeschmiedet. Dann schleift man
die Klinge ab. Das Muster der ganzen Klinge ist jetzt entstanden, aber noch nicht sichtbar.
Den Rohling muß man noch in Klingenform bringen. Dafür kann man ein Gesenk benutzen.
Das glühende Stück Stahl wird zwischen Ober- und Unterteil gelegt, mit ein bis zwei Schlägen erhält es die Klingenform. Den Bart stanzt man aus. Hat man kein Gesenk, macht man
alles mit Hand, durch Hämmern und Feilen.
Am Ende kann man noch eine Blutrinne anbringen. Die war nicht etwa dazu da, daß das Blut
besser abfließen konnte, sondern um das Gewicht zu reduzieren. Spätere Klingen sind breiter
als frühere, um den Schwerpunkt mehr zum Griff hin zu verlagern, dadurch wurden sie auch
schwerer. Die Blutrinnen wurden eingeschmiedet oder ausgefräst.
Anfangs bestand noch die ganze Mitte der Klinge aus Damast. Als man aber zu Damaszener
Stahl zu Schmuckzwecken überging, hat man nur noch dünne Schichten aus Damast auf die
Klingen geschmiedet, wie man ab Querschnitt g sehen kann.
Abbildung 4 Klingenquerschnitte
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4.7
Härten
Die einfallsloseste Art, ein Schwert zu härten, war, es in Wasser zu tauchen. Jeder Schmied
hatte seine eigene Rezepturen, die er auch wie ein Geheimnis pflegte.
Eine Möglichkeit ist, das Schwert hellrot zu glühen. Dann legt man es in einen Haufen
angefeuchteten Kohlenstaub, Danach wird das Schwert in reinem kalten Wasser abgekühlt.
Möchte man danach noch etwas am Schwert verändern, muß man es noch einmal so weit
erhitzen, bis die Oberfläche anfängt, rot zu werden.
Eine andere Möglichkeit ist es, die Klinge mit einem Teig aus gleichen Teilen Barilla, gepulverten Eierschalen, Borax, Kochsalz und rohem Soda zu belegen. Dann glüht man die Klinge
schwach rot. Sobald sie dunkelbraune Hitze erreicht, löscht man sie in Brunnenwasser.
4.8
Schärfen
Nach dem Härten ist die Klinge noch stumpf , etwa 0,5 mm dick an der Schneide. Dort soll
eine gleichmäßig breite Fase von normalerweise 2 mm entstehen. Diese Breite ist abhängig
vom Scharfschleifwinkel.
Man hat wieder mehrere Möglichkeiten. Man kann durch rotierende Abziehsteine schärfen,
oder aber von Hand, mit Diamantfeilen, Ölsteinen, Schleifsteinen oder neuerdings auch
Hartkeramikstäben.
Eine besonders schöne Fase erhält man durch die Schlußpolitur mit einer harten Filzpolierscheibe und Polierpaste.
Man darf die Schneide nie gegen die Drehrichtung halten!
4.9
Damast ausziehen
Mit Damast ausziehen meint man das Ätzen der Klinge. Erst dadurch wird das Muster
sichtbar.
Je nach Zusammensetzung des Stahls oder Eisens oder je nach gewünschtem Effekt, werden
andere Ätzmittel verwendet. Wenn man die Zeichnung einer Klinge künstlich hervorhebt,
verliert diese ihren metallischen Glanz.
4.9.1 Hoch-Tief-Ätzen
Je nach Konzentration des Ätzmittels zeigt sich das Muster mehr oder weniger schnell. Ist
das Ätzmittel von höherer Konzentration, ätzt sie den Stahl schneller an, das Ergebnis ist
also schneller erreicht. Der Nachteil einer höher konzentrierten Säure ist, daß die Ätzkanten
nicht so eben und gleichmäßig verlaufen wie bei einer niedrigeren Säurekonzentration mit
längerer Einwirkzeit.
Bevor man mit dem Ätzen beginnen kann, muß die Klinge restlos von Fett befreit sein.
Dafür reibt man sie zunächst mit trockenem Kalk, dann mit Wasser und Tabaksasche ab.
Man löst Eisensulfat in Wasser, bestreicht damit die Klinge und wäscht sie danach schnell
mit klarem Wasser ab. Diesen Vorgang wiederholt man acht bis zehn mal.
Man kann die Struktur auch mit verdünnter Salpetersäure sichtbar machen. Diese Säure
greift wegen des höheren Kohlenstoffanteils den Stahl an. In der Türkei bedeckt man die
Klinge mit einem einen Brei, der sich Zamk nennt, er besteht aus mit Wasser geknetetem
Alaun.
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Damaszener Stahl – Referat Werkstoffe und Verfahrenstechnik
Eine weitere Möglichkeit ist, die Klingen in verdünnte Schwefelsäure zu legen. Bei dieser
Methode muß man allerdings beachten, daß die Säure schwerer ist als das Wasser, also sinkt
sie mit der Zeit nach unten. Um eine gleichmäßige Ätzung zu erreichen, muß man die Lösung öfter schwenken oder umrühren und die Klingen wenden. Auch hier greift die Säure
den kohlenstoffreicheren Stahl an, so bleiben die Eisenteile der Klinge erhaben.
Um das Ätzmittel zu neutralisieren und von der Klinge zu entfernen, wird sie mit kochendem
Wasser abgebrüht. Nun macht man den Damast sichtbar, indem man die Klinge schwarz
lackiert oder sie mit einer harten Bürste oder einem Bimsstein weiß reibt.
4.9.2 Burnieren
Eine andere Möglichkeit, den Damast sichtbar zu machen, ist das Burnieren (Bräunen) einer
Klinge. Hierbei ist das Eisen nicht über den Stahl erhaben, sondern er bekommt eine bräunliche Färbung. Es gibt rötlichbraune und grünlichbraune Burnierungen.
Um eine grünlichbraune Burnierung zu erhalten, mischt man 10g festes Antimonchlor mit
100g Olivenöl. Diese salbenartige Mischung trägt man auf das blanke Metall auf und läßt sie
mehrere Stunden einwirken. Der gebildete Überzug wird mit feinen Stahlbürsten bearbeitet.
Das Einstreichen und das Bürsten wiederholt man einige Male, dadurch verstärkt sich der
Überzug. Diese Schicht wäscht man nach der Einwirkzeit ab, trocknet die Klinge und reibt
sie mit Leimöl ein.
Eine rötlichbraune Burnierung erhält man, wenn man eine 2%ige Eisenchloridlösung oder
festes Eisenchlorid verwendet. Auch kann man anstelle des Eisenchlorids 14%ige Salpetersäure mit Weingeist, Kupfervitriol und Eisenfeilspähnen mischen, diese Mischung zwei bis
drei Tage stehen lassen und dann mit einem feinen Lappen oder einem Schwamm auf die
Klinge auftragen. Die bestrichene Klinge setzt man 24 Stunden der Luft aus, bevor man den
Brei mit einer harten Bürste entfernt. Diesen Vorgang wiederholt man noch ein- bis zweimal,
ja nach Stärke der Burnierung nach dem zweiten Durchgang. Ist der Bräunungsvorgang abgeschlossen, reibt man die Klinge sorgfältig sauber und legt sie zur Neutralisation kurz in
leicht alkalisches kochendes Wasser. Nach der Reinigung trocknet man die Klinge und reibt
sie mit Polierholz ab, erwärmt sie auf knapp 100 °C und trägt einen Schutzlack auf. Sobald
der Lack trocken ist, reibt man die Oberfläche mit einem Polierstahl, damit sie glänzt.
Nutzt man phosphorreiches Eisen, ist der Kontrast zwischen noch größer. Außerdem kann
man auch Muster in gleichen Stahlteilen erkennen, wegen Einschlüssen und Spurenelementen vom Schweißpulver.
Wird nicht geätzt, sondern nur geschliffen und poliert, nennt man den Damast „Verdeckter
Damast“, denn die Struktur ist nicht zu sehen. Man sagt auch, die Klinge ist „blank gefegt“.
Damit ist die Klinge fertig!
Sie kommt dann zu einem Schwertfeger, der den Griff, den Knauf und die Parierstange
anbringt.
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5
Musterbildung
Jedes Muster im Damast wird erst durch den Abschliff besonders interessant und lebhaft.
Für die Musterprägung gibt es zwei Verfahren. Das erste ist spanabhebend. Dabei werden in
den Rohdamast in regelmäßigen Abständen Kerben oder Rillen eingefeilt, gesägt, gefräst
oder geschliffen. Die übrigen Erhöhungen werden dann flachgeschmiedet.
Die zweite Möglichkeit ist das Heißstempeln. Im glühenden Zustand werden in den Damast
zum Beispiel Querrippen eingeprägt, die man nach dem Erkalten abschleift. Dieses Verfahren verschlingt weniger Material als das Spanabheben. Abb.13 zeigt das Verfahren für den
Damast Große Rosen. Oben rechts beginnend: Wilder Damast, Große Rosen gestempelt,
geschliffen, geätzt.
Beispieltabelle für Muster
Damastart
Herstellung
Bild
Banddamast
aus Lagendamast
Abb. 5
Blumendamast
a) tordierte Stäbe werden heißgestempelt: große und Abb. 10
kleine Rosen
Abb. 6
b) Mosaikdamast, der Blumen aufweist
Frauenhaardamast
(Wellenlinie wie
gewelltes Haar)
abwechselnd eine Drehung links und rechts, in
Abstand von nur wenigen Zentimetern
Abb. 7
Gestreifter Damast
hochkant gestellte Damastlamellen
Abb. 8
Inschriftendamast
(Namen oder Ze ichen
kehren immer wieder)
aus dünnen Vierkantstäben Schriftzug nach Raster
Abb. 9
schon in Schweißpaket zusammenlegen, tordieren, auf
Mitte schleifen
Stufendamast
spanabhebend oder heißstempeln, z.B. auch
Rosendamast
Abb. 10
Türkischer Damast
Solinger Begriff für allen Damast, der aus mehreren
Bahnen tordierten Damasts besteht
Abb. 11,
12
Wilder Damast
keine willentliche Musterbeeinflussung, Muster ergibt sich nur durch Schleifen
Wurmbunt
frühmittelalterliche Damaszierung, bunte Klinge, in
Abb. 1
der sich kräuselndes Gewürm zu sehen glaubt, tordiert
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Abb. 5
Abb. 6
Abb. 7
Abb. 8
Abb. 10
Abb. 9
Abb. 11
14
Abb. 12
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Abbildung 13 Heißstempeln
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6
6.1
Was war anders in Japan?
Schmiedevorgang
Das Rohmaterial ist Eisensand, der mit Holzkohle im Rennherd geschichtet wird. Man erhält
nur wenig Roheisen, schlägt es in kleine Stücke und schmilzt es wieder im Holzkohlefeuer
ein. Der entstehende Rohluppen wird in Wasser abgeschreckt.
Dann zerbricht man den Rohluppen, um die Qualität zu beurteilen (Aussehen der Bruchstellen). Die Rohluppen werden sortiert, zum Schmied gebracht, der wählt die passenden aus
und raffiniert sie zum Klingenstahl.
Das kleingeschlagene Roheisen kommt auf eine dünne Eisenplatte. Das ganze wird feuergeschweißt und bis zu 15 mal gefaltet. Für ein Stück Rohmaterial muß man vier solcher
Stücke fünf mal verschweißen. Durch das viele Falten hat das Material eine damastartige
Oberfläche, die Japaner nennen sie Hada.
Abbildung 14 verschiedene Hada, von oben links: Masame Hada, Itame Hada, Mokume Hada,
Ayasugi Hada
Aus dem Rohmaterial und einer zweiten (und manchmal auch dritten) Materialsorte wird das
Schwert zusammengesetzt. Die Sorten haben unterschiedliche Härte. Nur der Schmied kennt
die Zusammensetzung seines Schwertes. Es gibt aber geläufige Formen. Die üblichste ist das
Honsanmai. Der berühmte Schmied Masamune nutzte das Muster Soshu Kitae.
Abbildung 15 Muster für japanische Schwerter
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Damaszener Stahl – Referat Werkstoffe und Verfahrenstechnik
6.2
Härten
Dafür bestreicht man die Klinge einige Millimeter dick mit einem Brei aus Ton, Polierstein,
Holzkohle und feinstem Flußsand. Wenn der Brei fast trocken ist, schabt man die Schneide
frei. Ist der Brei richtig trocken, kann die Klinge gehärtet werden. Dafür führt man sie mit
der Schneide nach unten langsam durch Glut. So kommt die Klinge langsam und gleichmäßig auf Härtetemperatur. Dann taucht man sie ins Wasser. Die Klinge hat dann eine glasharte
Schneide, aber einen relativ weichen Kern. Danach wird die Klinge geschliffen, dabei verbraucht man 15 Schleifsteine.
6.3
Polieren
Es gibt die Druckpolitur mit einem Polierstein, dabei gibt man mehlfeines Steinpulver mit Öl
vermengt zu. Oder man poliert mit einer Polie rnadel aus Polierstahl und pulverisiertem
Hammerschlag und Öl. Danach kommt die Feinarbeit mit Reispapier und Kalksteinpulver.
Die Damaszierung ist bei japanischen Klingen selten sichtbar, denn sie sind nicht geätzt.
Ätzt man aber trotzdem, ist das Muster sehr fein, oder trotzdem kaum sichtbar, weil es so
viele Lagen gibt. Die Skizzen der Hada in Abbildung 14 sind sehr grob gehalten, damit man
überhaupt etwas erkennt.
7
7.1
Was war anders in Indonesien?
Pamortechnik
In Indonesien nutzt man die Pamortechnik, das heißt, es werden zwei Sorten Stahl verwendet, von denen eine Nickel enthält.
Man unterscheidet vier Techniken:
1. Verwenden von Meteoreisen,
2. Verwenden von nickelhaltigem Stahl,
3. Verwenden von reinem Nickel,
4. nur Stahl und Eisen verwenden („Falscher Pamor“).
Die letzte Methode ist die herkömmlichste und vergleichbar mit dem europäischen Damast.
Auch in Indonesien beeinflußt man das Muster. Es gibt zum Beispiel wilden, gestreiften und
wellenförmig eingefeilten Damast.
7.2
Ätzen
Bei einem Kris in Indonesien sind die Metalle anders zusammengesetzt, er erfordert also
auch eine andere Zusammensetzung des Ätzmittels. Typischerweise ist ein Kris schwarz mit
hellen Adern. Das Ätzmittel ist Arsen, das in Limonensaft gelöst wird. Die Klinge wird
entweder mit Hilfe eines Pinsels mit dieser Lösung bestrichen oder in eine Holzschale mit
der Lösung getaucht, bis sie die richtige Schwärzung hat. Die dunklen Stellen eines Kris sind
das Arsen, die hellen Stellen sind aus Stahl mit einem gewissen Nickelanteil, der den
Arsenniederschlag nicht annimmt.
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Damaszener Stahl – Referat Werkstoffe und Verfahrenstechnik
Abbildung 16 Krise
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Damaszener Stahl – Referat Werkstoffe und Verfahrenstechnik
8
Wootz
Wootz gibt es wahrscheinlich seit dem 14. Jh. n. Chr. in Indien.
Wootz ist das erste Beispiel der Welt für homogenen hoch C-haltigen Stahl. Durch das viele
C hat Wootz einen niedrigeren Schmelzpunkt. Das Eisen wird im Tiegel eingeschmolzen,
daher kommt auch der Name Tiegelschmeldamast. Damit hatten die Inder einen Vorteil
gegenüber dem Rest der Welt. Sie brauchten nicht zu schweißen und zu falten, um mehr
Masse zu erhalten und zu zementieren.
Das Muster im Wootz entsteht durch das Zementit: Es ist nicht das Zeichen für verschiedenen
Stahl wie beim Schweißdamast, sondern man sieht direkt die kristalline Struktur. Welches
Muster man erhält, ist abhängig von der Dauer der Feuereinwirkung.
Streifiger Damast
Die Zeichnung besteht vorherrschend aus geraden Linien.
Gewässerter Damast
Die geraden Linien werden kürzer und vermischen sich mit krummen. Dieser Damast hat
dem Wootzstahl den englischen Namen Watered Steel verpaßt.
Wellendamast
Die krummen Linien häufen sich, gebrochene Punkte oder Linien treten auf.
Netzdamast
Die gebrochenen Linien werden kürzer oder gehen in Punkte über und treten in Mengen auf,
so daß stellenweise querlaufende netzähnliche Muster entstehen.
Stufendamast
Aus Punkten bestehende Quernetze vergrößern sich bis zu traubenartigen Gebilden oder
verbreiten sich fast über die ganze Klinge. Es bilden sich nahezu gleich große und gleich
gemusterte Stufen.
Innerhalb der Muster wird noch durch Feinheitsgrad und Farbnuance unterschieden.
Abbildung 18 Wootzmuster Gewässerter Damast
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Damaszener Stahl – Referat Werkstoffe und Verfahrenstechnik
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Probleme
Die Chancen, ein minderwertiges Schwert zu erhalten, sind mit Damaszener Stahl höher als
mit homogenem Stahl, denn die Herstellung ist ein sehr komplizierter Prozeß. Das heißt, es
kann viel schiefgehen.
9.1
Die Stahlherstellung
Nimmt das Eisen bei der Stahlherstellung zuviel C auf (3-4 %), erhält man Gußeisen. Das ist
flüssig, leicht verarbeitbar aber spröde.
Kühlt man nach dem Tempern zu langsam ab, wandelt sich das Austenit zu Ferrit. Aber mit
zuviel C entsteht Ferrit mit weniger C als heißes Austenit, und eine neue Phase, Zementit.
Beides ergibt Perlit, und das ist nur so gut wie Bronze.
Beim Tempern kommt das C nur an die Oberfläche vom Stahl. Durch Falten und tordieren
wird es aber besser im Schwert verteilt.
9.2
Die richtige Temperatur
Bei zu hoher Temperatur während des Schweißens ruiniert man den Stahl. Bei zu niedriger
Temperatur halten die Schweißnähte nicht. Zwischen den Schichten können sich Verschmutzungen ansammeln.
Überhaupt ist der richtige Stahlmix wichtig. Man muß einen Kompromiß eingehen zwischen
Härte und Aussehen der Klinge. Außerdem stellt sich die Frage, ob die Legierungen überhaupt miteinander kompatibel sind. Ein Stahl ist schon schwer zu bearbeiten, zwei noch viel
schwerer. Jeder Stahl hat seine eigene Temperaturspanne für die Wärmebehandlung. Bei
verschiedenen Stählen wird das Fenster für ein erfolgreiches Wärmebehandeln beider Stähle
kleiner. Passen die Fenster nicht zusammen, muß man das kleinere Übel wählen.
1. Die Klinge wird nicht ganz hart. Dann könnte sich der Stahl verzerren, wenn sich das
Martensit bildet, der andere Stahl kann dabei etwas herumgezogen werden. Als Ergebnis
ist die Klinge an der Schneide nicht so hart wie erwartet.
2. Die Klinge wird zu sehr beansprucht. Dann ist die Klinge hart, aber es gibt viele Spannungen. Selbst winzige Risse in den Schichten, die nicht bemerkt werden, lassen das
Schwert eines Tages auseinanderfallen.
9.3
Das Falten
Beginnt man mit vier Lagen und faltet man zehnmal, erhält man theoretisch 2.097.152
Lagen. Beim Feuerschweißen diffundiert aber das C. Bei zu vielen Lagen vermischen sich
die benachbarten Lagen zu gut, man erhält nach und nach die Eigenschaften von homogenem Stahl, was aber beim Damaszener Stahl ja nicht erwünscht ist, der Vorteil der Schichten
durch die unterschiedliche Härte ist dann weg.
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Damaszener Stahl – Referat Werkstoffe und Verfahrenstechnik
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Eigenschaften
Damaszener Stahl zeichnet sich durch seine bleibende Schärfe, Zähigkeit und gleic hzeitige
Härte aus.
Damaszener Stahl kann so gut sein, wie jeder einzelne verwendete Stahl, aber nicht besser.
Damaszener Stahl ist anfällig für Flugrost, deshalb muß man die Klingen gut einölen.
Unter der Voraussetzung, daß im Schmiedefeuer keine wesentliche Auf- und Entkohlung
passiert, ist der Stahl ähnlich wie Monostahl, aber mit einer gewissen Langfaserigkeit bzw.
Zeilenstruktur. Für lange Stahlstangen ist das nur gut.
Damaszener Stahl zeigt beim Kerbschlagbiegeversuch bedeutend höhere Werte als vergleichbare Stähle. Die Werte für Härte, Zugfestigkeit, Bruchspannung, Kerbschlagbiegeversuch, Formänderungsarbeit usw. sind aber immer bei unterschiedlichen Lagenzahlen am
besten. Wieder muß man die beste Kombination herausfinden. Systematische Untersuchung
kosten aber viel Zeit und Geld, außerdem sind nur wenige Schwertbesitzer bereit, ihre
Klingen dafür herzugeben. Deshalb gibt es nur wenige Untersuchungsergebnisse.
Die Eigenschaften hängen auch von der Zahl und Art der verwendeten Materialien (manganlegierte Stähle, Wolframstahl, Nickelstahl) ab.
Mit der Zusammensetzung der Klinge aus verschiedenen Stäben kann man die Härte bewußt
verteilen. Spitze und Angriffsschneide sind härter, der Klingenrücken ist am weichsten,
wenn es einen gibt.
Die unterschiedliche Gefüge wechseln möglichst oft innerhalb der Materialstärke ab, aber
nicht so oft, daß das Material quasi-homogen wird.
Nicht zuletzt stellt man den Damaszener Stahl wegen seiner Schönheit her.
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Warum hat man aufgehört?
Man ist nicht einfach nur faul geworden, auf diese komplizierte Art zu schmieden. Man hat
auch nicht Qualität durch Quantität ersetzt, um die großen Armeen mit Waffen auszurüsten.
Statt dessen wurden durch verbesserte Technik die Luppen immer größer. Deshalb war das
Feuerschweißen nicht mehr nötig, und so konnte man einfach viel effizienter produzieren. Es
war eben einfacher, homogenen Stahl zu nutzen. Wenn man später noch Schwerter aus
Damaszener Stahl schmiedete, dann nur zu Schmuckzwecken.
Außerdem konnte man mit der Entwicklung des Bessemer Prozesses soviel Stahl herstellen,
wie man brauchte.
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Damaszener Stahl – Referat Werkstoffe und Verfahrenstechnik
Literaturliste
Sachse, Manfred: Damaszener Stahl: Mythos, Geschichte, Technik, Anwendung. – 1. Aufl.
– Bremerhaven: Wirtschaftsverl. NW, Verl. für Neue Wiss., 1989
Sachse, Manfred: Alles über Damaszener Stahl. – 1. Aufl. – Bremerhaven: Wirtschaftsverl.
NW, Verl. für Neue Wiss. GmbH., 1993
http://www.techfak.uni-kiel.de
http://www.wteo.org/Seiten/Wissen4.html
http://www.damaszener.de/Information/information.html
http://www.isd.uni-stuttgart.de/~tardy/schmieden/
http://japanesesword.homestead.com/files/laminate.htm
http://swordforum.com
Bildernachweis
Abb. 1-6, 10-14, 16, 18: Sachse, Manfred: Damaszener Stahl: Mythos, Geschichte,
Technik, Anwendung. – 1. Aufl. – Bremerhaven: Wirtschaftsverl. NW, Verl. für Neue Wiss.,
1989
Abb. 7-9, Titelbild: Sachse, Manfred: Alles über Damaszener Stahl. – 1. Aufl. –
Bremerhaven: Wirtschaftsverl. NW, Verl. für Neue Wiss. GmbH., 1993
Abb. 15: http://japanesesword.homestead.com/files/laminate.htm
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