Damaszener Stahl

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Charakteristisch sind die „organischen“ Muster des Damaszener Stahlverbunds.

Der Begriff Damaszener-Stahl oder Damast, abgeleitet vom arabischen Namen der Stadt Damaskus (arabisch ‏دمشق‎ Dimaschq), bezeichnet einen Werkstoff aus einer oder mehreren Eisen/Stahlsorten, der in poliertem oder geätztem Zustand eine klare Struktur aus mehreren sich abwechselnden Lagen unterschiedlichen Ausgangsmaterials erkennen lässt.

In Europa bezeichnet der Begriff „Damast“ vor allem den Schweißverbundstahl, der bereits seit mehreren tausend Jahren hergestellt wird. Auch heute ist dieser Stahl wegen seiner dekorativen Musterung immer noch beliebt. Nach traditionellem Verständnis werden durch den Schweißverbund die Vorteile unterschiedlicher Stähle kombiniert, das heißt der Werkstoff ist sowohl flexibel als auch schnitthaltig. Dies trifft jedoch aus technischer Sicht nicht pauschal zu.

Daneben wird auch der aus aufgekohltem Gusseisen (Wootz) geschmiedete Stahl, der bis Anfang des 18. Jahrhunderts im orientalisch-arabischen Raum hergestellt wurde, als Schmelz- oder Tiegeldamast bezeichnet. Wegen der großen Bandbreite der Herstellungsverfahren und auch der Qualität der erzeugten Stähle ist die zuweilen anzutreffende Unterscheidung von „echtem“ Tiegeldamast und „falschem“ Verbundstahldamast nicht sinnvoll.

Der Schweißdamast

Das Ausgangsmaterial Eisen und Stahl

Stahl ist eine Legierung von Eisen mit anderen Materialien, hauptsächlich Kohlenstoff, wobei der Kohlenstoffgehalt des Eisens nicht über 2,06 % Masseanteil liegen darf. Eine Unterscheidung zwischen Eisen und Stahl ist in diesem Zusammenhang nicht möglich, da gediegenes (chemisch reines) Eisen in der Natur so gut wie nicht vorkommt, der Begriff dennoch gleichsam Verwendung für legierte Materialien findet. Klingenfähiger Stahl zeichnet sich durch einen Kohlenstoffgehalt von etwa 0,5 bis 1,2 % aus und sollte hochrein sowie gut schweiß- und schmiedbar sein.

Das Ausgangsmaterial zur Herstellung von Damaststahl ist Eisen mit unterschiedlichen Gehalten an Begleitelementen wie Kohlenstoff, Mangan, Silizium usw. (Roherzformen). Die unterschiedlichen Eigenschaften der Rohmaterialien waren frühzeitlichen Schmieden bereits sehr gut bekannt.

Da durch die Erzeugung von Eisen im Rennofen nur ein sogenannter Eisenschwamm mit sehr unterschiedlich verteiltem Kohlenstoffgehalt und Schlackeeinschlüssen erzeugt wurde, musste dieses Material erst zu einem brauchbaren Stück Eisen geschmiedet werden. Durch die Kenntnis der weiter unten beschriebenen Techniken (Raffinieren, Frischen, Zementieren) und dem Beherrschen der Wärmebehandlung von Stahl konnte man die Eigenschaften steuern. Geschicktes Kombinieren der drei Verfahrensschritte führte zu einer gezielten Einstellung des Kohlenstoffgehalts und damit zur Steuerung der Werkstoffeigenschaften. Kernelement der drei Techniken ist die Steuerung der Kohlenstoffdiffusion, die bei allen Prozessen beteiligt ist. Ein gleichmäßiger Kohlenstoffgehalt ergibt eben vorhersagbare, gleichmäßige Eigenschaften. Zusammen mit der Kenntnis der richtigen Verfahren zur Wärmebehandlung hatte man nun alle wichtigen Elemente zur Festlegung der technischen Eigenschaften eines Materials in der Hand. Am Ende steht ein Ausgangsmaterial für Damaszener-Stahl mit einem für den Zweck entsprechenden Kohlenstoffgehalt.

Technische und historische Bedeutung

Die Bedeutung des Damaststahls ist heutzutage sehr gering, da es mittlerweile Monostähle (hergestellt aus einer einzigen Stahlsorte) gibt, die Damaststahl heute technologisch ersetzen. Zudem ist die Bruchgefahr bei einem kurzen Messer nicht so hoch wie bei einem langen Schwert; gute Schnitthaltigkeit, welche man auch mit einem Monostahl erreicht, zählt hier wesentlich mehr. Es gibt große qualitative Unterschiede der Damaststähle der einzelnen Hersteller.

Historische Bedeutung erlangte der Damaststahl im Altertum vor allem in der Verwendung des Materials bei der Waffenherstellung, insbesondere für Blankwaffen.

Der Mythos von „Hart“ und „Weich“ beim Damaszenerstahl

Aus den Eigenschaften des gehärteten Stahls entspringen die Probleme bei der Herstellung von Blankwaffen, beispielsweise von Schwertern. Ein Schwert muss aufgrund seines Einsatzzwecks hohen Belastungen standhalten, leicht sein, scharf bleiben und dabei nicht brechen oder sich verbiegen.

Mit sehr hartem Stahl erhält man eine Klinge, die zwar sehr lange scharf bleibt und sich nicht verbiegt, dabei aber relativ leicht bricht. Mit weichem Stahl erhält man eine Klinge, die zwar nicht bricht, dafür aber nicht scharf bleibt und sich leicht verbiegt. Es wurde daher schon früh nach Wegen gesucht, einen Werkstoff herzustellen, der die guten Eigenschaften von weichem und hartem Stahl in sich vereint.

Härtbarkeit

Eine der wichtigsten Eigenschaften von Stahl, die seine Überlegenheit gegenüber der z. B. Bronze ausmacht, ist seine Härtbarkeit. Vermutlich wurde das Härten von Stahl schon recht früh entdeckt, als man glühende Werkstücke in Wasser ablöschte. Auf diese Weise abgeschrecktes Eisen blieb weich, während Stahl an Härte gewann. Seit wann dieser Härtungsprozess bewusst und gezielt angewendet wird, ist jedoch ungeklärt.

Es gibt mehrere alte und moderne Methoden, Stahl zu härten. Der Härtevorgang im Altertum kannte mehrere Methoden wie das Abschrecken des glühenden Stahls in Wasser oder beispielsweise auch das Abschrecken der Klinge im kalten Luftstrom. Beim Härten bilden sich mikrokristalline Strukturen der Kohlenstoffverbindungen im Metallgitter, die eine hohe Festigkeit und Härte besitzen. Erst Eisen mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,2 % ist härtbar. Mit Erhöhung des Kohlenstoffgehalts tritt auch eine Erhöhung des Härtegrads ein, der Stahl wird damit spröder, fester und verschleißfester.

Nicht nur der Kohlenstoffanteil bestimmt jedoch die Eigenschaften des Stahls. Auch andere Legierungselemente wie Phosphor, Mangan (macht Eisen zäh) oder Silizium (macht Eisen ebenfalls zäh) spielen eine Rolle.

Grundsätzlich war man aber damit auch schon damals in der Lage, Stahl auf seine volle Härte (67-70HRC) zu bekommen. Auch wenn die Tiefenwirkung des Härtens aufgrund meist fehlender Legierungselemente auf 3-6 mm gebremst war, so konnten doch Kleineisenwerkzeuge und Klingen aufgrund ihrer geringen Materialquerschnitte voll gehärtet werden. Es gibt bereits Bodenfunde aus der Römerzeit, bei denen die Klingen Härtegrade über 66HRC aufwiesen.

Geschichte und Entwicklung

Es gibt verschiedene Theorien zur Entwicklung des Damaststahls in Europa. Eine davon besagt, dass der europäische Damast ein Versuch war, die orientalische Kunst zu kopieren. Dies ist aber recht unwahrscheinlich, da erste derartig damaszierte Klingen bereits seit der Latène-Zeit in Europa zu finden sind.

Für die Schmiede des Altertums war es zunächst am wichtigsten, dass das in Rennfeuern erhaltene Material überhaupt schmiedbar war. Die damaligen Schmiede konnten im Wesentlichen nur den Kohlenstoffgehalt gezielt beeinflussen, Schlacken großteils aus dem Metall entfernen und eine gewisse Homogenisierung des Eisens bewirken.

Die Voraussetzung für die Entwicklung von Damaststahl im Altertum und im frühen Mittelalter lag darin, dass die im Rennofenverfahren gewonnenen Stähle nicht immer von gleicher Qualität waren, weil schon das Ausgangsmaterial, das Erz, sehr unterschiedlich in Gehalt und Beimengungen (wie Kohlenstoff, Mangan, Nickel, Silizium) war. So konnten die Schmiede die verschiedenen Sorten bereits gezielt zur Herstellung eines bestimmten Produktes, wie einem Schwert oder einem Hufeisen auswählen.

Möglicherweise erkannte man mit der Zeit, dass Schwerter, die aus wiederverwendeten Stahlobjekten zusammenschmiedet waren (Eisen war schließlich ein teurer Rohstoff), viel haltbarer waren. Die Klingen waren flexibler und schnitthaltiger als jene, die nur aus einem einzigen „frischen“ Stück Eisen gefertigt wurden. Verantwortlich dafür waren die verschiedenen „Stahlschrottsorten“ mit ihrem unterschiedlichen Kohlenstoffgehalt. Derartigen „zufälligen Damast“ findet man auch bei antiken und mittelalterlichen Arbeitsgeräten. Auch hier wurden neue Gebrauchsgegenstände unter Verwendung von Alteisen geschmiedet. Schon in der Hallstattzeit finden sich Schwerter aus solchem so genanntem wildem Damast.[1] Bei diesen ist noch keine gleichmäßige Struktur erkennbar.

An dieser germanischen Axt sind Damaststrukturen im Bereich der Schneide sichtbar.

Damaststrukturen lassen sich in manchen Fällen an Bodenfunden erkennen, da die verschiedenen Schichten des Stahls unterschiedlich schnell korrodieren. Hierdurch kommt die Struktur des Stahls zum Vorschein.

Ein Schwert aus der Keltenzeit an dem die Damaststruktur sehr gut zu erkennen ist.

Die Kelten brachten Eisen in Form von Spitzbarren in den Handel, deren dünn ausgeschmiedete Enden zur Überprüfung der Qualität des Werkstoffes gebrochen wurden und somit einen Rückschluss auf die Reinheit und Duktilität des Materials zuließen. Solche Barren wurden oft über sehr große Entfernungen gehandelt, und waren in handelsüblichen Größen im Umlauf, welche selten mehr als 1 kg wogen. Für ein Schwert benötigte man aber mehr als 1 kg Ausgangsmaterial und einen gewissen Gehalt an Kohlenstoff, um der Klinge Festigkeit zu verleihen. Der Kleinschmied vor Ort war somit meist gezwungen, mehrere Barren evtl. von verschiedenen Händlern zu kaufen und dann zu einem größeren Stück wieder mittels Feuerschweißungen zu verbinden. Da die Barren oft aus verschiedenen Verhüttungsgebieten stammten, beinhalteten sie oft unterschiedliche Begleitelemente im Eisen.

Für ein gutes Schwert jedoch braucht es einen möglichst homogenen Werkstoff mit klar definierten Eigenschaften. Dies war die Aufgabe des Damaszierens, technisch gesehen nichts weiter als ein definiertes Raffinieren, welches die unterschiedlichen Werkstoffe der Barren verbinden und deren unterschiedlichen Eigenschaften ausgleichen soll. Die unterschiedlichen Eisenbegleiter sorgen von selbst für das Muster, das man durch Polieren und Ätzen noch besser sichtbar machen kann.

Diese Entwicklung fand ihren Höhepunkt in der Latène-Zeit mit den Knollenknaufschwertern der Kelten, die ohne Zweifel bewusst aus Damaststahl gefertigt wurden und eine herausragende handwerkliche Leistung darstellen.[2] Ob die Anfänge der Verwendung von Damaststahl in der Kultur der Kelten zu finden sind, ist jedoch nicht bekannt. Es ist möglich, dass die Technologie von anderen Völkern, beispielsweise den Skythen, übernommen wurde. Die Kelten führten sie jedoch erst zur Perfektion.

Im römischen Berichten wurden die Schwerter der Kelten allerdings als qualitativ schlecht dargestellt. So heißt es in einer römischen Überlieferung: „Die keltischen Krieger mussten sich des Öfteren aus dem Schlachtgetümmel hinter ihre Reihen zurückziehen, um ihre Schwerter mit dem Fuß wieder gerade zu biegen“. Das muss allerdings keinen Widerspruch bedeuten: Es ist denkbar, dass es schlicht unmöglich war, ein gesamtes Heer rechtzeitig mit Waffen von höchster Qualität auszustatten. Auch die gesellschaftliche Stellung und die finanziellen Mittel eines Kriegers hatte möglicherweise einen Einfluss auf seine Ausrüstung. 'Auch muss in diesem Zusammenhang zwischen verschiedenen keltischen Stämmen differenziert werden. Die Kelten bestanden aus vielen Einzelstämmen, die untereinander oft im Krieg standen. Unterschiede in der Schmiedekunst zwischen den Stämmen wären daher nicht verwunderlich. So war beispielsweise der keltische Stamm der Noriker für seine Schmiedewaren, insbesondere seine Schwerter, berühmt und war gewissermaßen „Hauslieferant“ der reichen Römer. Wegen seines weiter östlich gelegenen Siedlungsgebiets gehörte dieser Stamm auch nicht zu den Gegnern Roms im gallischen Krieg. Die römischen Berichte über die schlechten Schwerter der keltischen Gallier (siehe z. B. gallischer Krieg) sind zudem wohl zu gutem Teil „Kriegs“-Propaganda.

In der römischen Kaiserzeit fand neben Raffinierstahl (aus einer einzigen Stahlsorte hergestellt) ebenfalls Damaststahl Verwendung, allerdings sind Funde aus dieser Zeit rar. Auch nach der Zeit der Kelten und Römer wurde Damaststahl für die Herstellung von Blankwaffen verwendet und weiterentwickelt.

Die Germanen (oft werden in diesem Zusammenhang die Merowinger genannt) schufen zur Zeit der Völkerwanderung hervorragende Waffen mit äußerst kunstvollen Damastarbeiten, die zudem aufwändig differentiell gehärtet wurden.[3] Hier stand erstmals nicht nur die Funktionalität im Vordergrund, sondern die künstlerische Umsetzung – wobei natürlich eine kunstvolle Klinge auch eine hohe Funktionalität versprach. Viele Schwerter trugen Namen und waren nahezu Kultobjekte.

Es wurden germanische Saxklingen und spätrömische Schwerter gefunden, deren Struktur und Härtung einem japanischen Samurai-Schwert gleich kommt. Dies wurde entdeckt, indem man ausgesuchte Klingen nach einem traditionellen japanischen Polierverfahren polierte und so Erkenntnisse über deren Herstellung gewann. [4] [5]

Aus Damaststahl gefertigtes, hochmittelalterliches Schwert, gefunden im Main bei Frankfurt

Im Laufe der Zeit lernten die Schmiede, bei diesem Verfahren die Falt- und Torsionsvorgänge so zu kontrollieren, dass sie die entstehenden Muster reproduzieren konnten. Das ist vor allem von den Wikingern bekannt. Als später die Franken gute und haltbare Monostahl-Klingen schmieden konnten, sank jedoch der Bedarf nach Damast.

Ab dem späten Mittelalter gab es Hochöfen, die in mehreren Schritten schmiedbares Roheisen erzeugen konnten, welches die alten Verfahren der Rennfeuererzeugung und der damit verbundenen Verfeinerungsverfahren ablöste. Dadurch geriet das aufwändige Verfahren der Damaststahlherstellung nahezu in Vergessenheit. Erst ab dem späten 18. Jhdt. wurde Damaststahl wieder vermehrt für Prunkwaffen des Adels, aber später auch für Feuerwaffenläufe eingesetzt.

Erst mit der Verfügbarkeit von gutem, billigem Stahl zur Zeit der industriellen Revolution verlor der Damaststahl endgültig an Bedeutung.

Ein Kris mit Damaststruktur

Herstellung des Ausgangsmateriales und Hintergrund

Wie bereits erwähnt wurde im Altertum schmiedbares Material in Lehmöfen - sogenannten Rennöfen - erzeugt. Das im Ofen im Wechsel mit Holzkohle aufgeschichtete Eisenerz (Raseneisenstein) wurde auf sehr hohe Temperaturen (um die 1100 °C) gebracht, wodurch das Gestein aufschmolz und als Schlacke ablief. Das verbleibende Eisenoxid wurde durch die Reaktionsgase im Ofen in der festen Phase des Eisens reduziert und man erhielt Stahl und Eisen mit unterschiedlichen Gehalten an Kohlenstoff. Das Verfahren wird Direktreduktion genannt. Der Stahl lag dabei aber noch in einer nicht verwendbaren Form vor. Das Ergebnis bezeichnete man als (zurückgebliebene) Luppe. Diese Luppe ähnelt einem porösen Schwamm, war inhomogen und stark mit Kohle- und Schlackeresten verunreinigt.

Man konnte die Luppe durch weitere Schritte im Schmiedefeuer gezielt bearbeiten und in die verwendbare Form eines Halbzeuges überführen.

Ein für diese Art der Stahlherstellung entscheidender weiterer notwendiger Verfahrensschritt ist dabei das sogenannte Raffinieren.

Ziel des Raffinierens ist es die Verunreinigungen auszutreiben und die Struktur des Eisenschwammes in einen homogenen und formbaren Stahlkörper zu verwandeln (Halbzeug). Das Raffinieren bestand im Wesentlichen aus dem kontinuierlichen Wiederholen von Feuerschweißungen des Werkstoffes mit sich selbst. Dabei wurden die Poren der schwammartigen Luppe geschlossen und die enthaltenen Verunreinigungen bis zu einem bestimmten Grad ausgetrieben und der verbleibende Rest der Verunreinigungen sehr fein im Werkstoff verteilt. Diesen Schritt kann man als eine entscheidende Schlüsseltechnologie für die Herstellung von frühen Eisenprodukten und auch Schweißdamast ansehen.

Ein technisch noch wichtiger Schritt der Eisenherstellung ist das Frischen. Ziel des Frischens ist es, den Kohlenstoffgehalt auf das gewünschte, für das Endprodukt notwendige Niveau zu senken. Auch dieser Schritt wird während der Eisenherstellung im Schmiedefeuer gemacht.

Bereits früh war auch das „Aufkohlen“, auch Zementieren genannt, bekannt. Dabei handelt es sich um ein Verfahren welches eine Erhöhung des Kohlenstoffgehalts im Eisen zum Ziel hat. Es diente der Erzeugung von besser härtbarem, aber auch spröderem Stahl.

Mit der Kenntnis dieser drei Techniken beherrschte man schließlich die Einstellung des Kohlenstoffgehaltes und damit auch gleichzeitig die Einstellung der Grundeigenschaften des Stahles. Unter Verwendung der passenden Methode bei der Wärmebehandlung konnten diese Eigenschaften wie: hart, zäh, weich, spröde, verschleißfest, elastisch, usw. bezogen auf den gewünschten Verwendungszweck hervorgehoben und gezielt beeinflusst werden.

Herstellungsprozess von Schweißdamast

Handgeschmiedeter Damaststahl wird heute noch sehr ähnlich wie früher hergestellt. Der Prozess entspricht im Wesentlichen dem Verfahren des Raffinierens von Stahl durch Feuerschweißen. Im Vordergrund ist heute aber die gezielte Erstellung von Mustern oder gezielte Kombination von bestimmten Werkstoffen mit definierten Eigenschaften. Im Gegensatz zum Altertum, wo mehr die Absicht darin bestand, kleinere Mengen Stahl zu ausreichenden Mengen an Werkstoff zusammenzufügen, um dann damit ein entsprechendes Werkstück zu erzeugen.

Am Anfang werden mehrere Schichten beispielsweise zweier unterschiedlicher Ausgangsmaterialien, meist 3 bis 8, übereinandergelegt und im Schmiedefeuer geschweißt. Der Verbund wird anschließend längs oder quer getrennt, aufeinandergelegt und wieder verschmiedet (Falten). Die gesamte Prozedur wird mehrmals wiederholt.

Da sich nach jedem Aufeinanderlegen die Anzahl der Schichten verdoppelt, kommt man schon nach wenigen Wiederholungen auf Hunderte von Schichten. Die Hauptschwierigkeit beim Feuerschweißen besteht darin, dass das Material eine bestimmte Temperatur nicht überschreiten darf, da sonst der Kohlenstoff verbrennt, und gleichzeitig das Material nicht zu stark verzundern (oxidieren) darf, weil es sich dann nicht mehr zusammenschmieden lässt. Da der Stahl vor dem Schmelzpunkt zu brennen anfängt (Oxidation), wird gegen Ende des Erhitzens Quarzsand oder Borax als Flussmittel auf die zu schweißende Stelle gestreut. Dieser schmilzt zu einer flüssigen Glasschicht und schützt somit den Stahl vor dem Zutritt von Sauerstoff. Der richtige Zeitpunkt dafür ist, wenn die ersten Sterne (Funken) des verbrennenden Kohlenstoffs auftauchen. Es entsteht ein glasiger Schild, der die beiden zu schweißenden Teile umschließt. Dieser dient nicht nur als Schutz, sondern auch als Zeitüberbrückung, die es dem Schmied erlaubt, die Schweißteile zum Amboss zu tragen und sie dort mit präzisen Schlägen zusammenzufügen.

Um schöne Muster auf der Oberfläche zu erhalten, kann der Stahl auch verdreht (Torsionsdamast) oder „asymmetrisch“ weiterverarbeitet werden (wilder Damast). Nach dem Härten und Feinschleifen/Polieren wird der Damaszener-Stahl geätzt, um das Muster sichtbar zu machen, da die verschiedenen Schichten sich durch Säurebehandlung je nach Kohlenstoffanteil bzw. Legierung hell (Nickel) oder dunkel (Mangan) färben. Die Schneiden werden dann noch zum Schluss geschärft. Gelegentlich wird für die Klingenherstellung auch Kettendamast verwendet, der aus Motorradketten oder Motorsägenketten geschmiedet wird, was ein deutliches Muster ergibt, aber leider keine wirklich hochwertige Klinge.

Bei Messern aus Billig-Damast (z. B. Eisen und Stahl) besteht das Problem, dass sich die Schneide „sägeförmig“ abnutzen kann, d. h. die weichen Schichten im Verbund nutzen sich deutlich schneller ab als die harten. Da beide Schichten auch die Schneide ausbilden, ist das ein beachtliches Problem, das bei Monostahlklingen oder Dreilagenstahl-Klingen nicht auftritt.

Der Schmelz-Damast „Wootz“ oder „Bulat“

Herkunft

Bekannt ist der Schmelzdamast auch als Wootzstahl, kurz „Wootz“ oder „Bulat“. Erstmals wurde der Stahl vermutlich in Mittelasien gefertigt, später auch im ganzen orientalisch-arabischen Raum.

Leistungsfähigkeit und Qualität

Der orientalische Damast wird gerne als legendär und den mittelalterlichen, europäischen Schwertern weit überlegen bezeichnet. Diese Aussagen entsprechen nicht der Realität. Auch bei den orientalischen Stählen gab es große Qualitätsunterschiede. Es gibt jedoch Schwerter in hervorragender Qualität, die eine sehr gute Schnitthaltigkeit und Bruchfestigkeit aufweisen und zudem einen hohen künstlerischen Wert besitzen.

Als gesichert kann man feststellen, dass der Kohlenstoffgehalt der Klingen aus Wootz erheblich höher ist als jener bei den meisten Schweißdamast Schwertern. Den meisten dokumentieren Funden von Wootzprodukten nach sind Kohlenstoffgehalten zwischen 1.2 und 1,8% gemein. Da sich die Bildung der Muster ausschließlich über die Verteilung des Kohlenstoffes in Form von Karbiden und deren Erscheinungsformen im Stahl darstellt, ist dieser hohe Kohlenstoffgehalt notwendig.

Solche Materialien gelten nach metallurgischen Gesichtspunkten als überperlitisch bzw. nahe ledeburitisch. Das bedeutet, dass der Kohlenstoff bei der Wärmebehandlung nur noch begrenzt oder auch gar nicht mehr im Eisen lösbar ist. Er liegt in Form von Ausscheidungen Zementit (Karbid) vor. Diese Ausscheidungen und die Form ihres Auftretens bestimmen das Muster das im Stahl durch polieren und ätzen hervorgehoben wird maßgeblich. Diese Legierungen sind aber auch genau deshalb recht spröde, insbesondere nach der Wärmebehandlung. Das führte dazu, dass man z. B. Schwerter nur stellenweise leicht vergütete, da diese sonst schnell zu Bruch gegangen wären.

Herstellung von Wootz

Austenitkristallisierung. Eine Klinge, die aus Wootz geschmiedet wurde, mit einem hellen Linienmuster aus Zementitpartikeln.
Das Ausgangsmaterial, der sogenannte Wootz-Kuchen, besteht aus Eisen, ca. 1,5 % Kohlenstoff und winzigen Spuren von Verunreinigungen z. B. Vanadium, Molybdän, Chrom, Niob oder Mangan. Das Material wird geschmolzen und anschließend langsam abgekühlt. Dabei bilden sich langsam Austenitkristalle. Sie haben eine längliche, tannenbaumähnliche Form und schieben sich immer weiter in die Schmelze. Die Verunreinigungen passen nicht ins Kristallgitter und werden in die Zwischenräume gedrängt.

Kühlt das Material weiter ab und unterschreitet die Austenit-Untergrenztemperatur, bilden sich zufällig verteilte Zementitpartikel. Wird der Stahl geschmiedet, lösen sich die Zementitteilchen wieder, außer in dem Grenzbereich zwischen den Austenit-Kristallen, wo sich die Fremdstoffe angesammelt haben. Der Stahl wird jetzt jedes Mal bis in den Temperaturbereich erhitzt, in dem neue Zementitpartikel entstehen. Anschließend wird der Stahl geschmiedet. So entstehen nach und nach die Zementitlinien. Um sie sichtbar zu machen, muss die Oberfläche noch poliert und geätzt werden.

Auch bei Schwertern und Säbeln aus diesem Stahl entsteht wie bei Schweißdamast auch durch Polieren oder Ätzen ein Muster auf der Klinge. Derartige Waffen wurden noch etwa bis Ende des 18. Jahrhunderts hergestellt. Die Herstellung dieses Stahls geriet seither fast in Vergessenheit, nicht zuletzt wohl deswegen, weil die Eigenschaften einer solchen speziellen metallurgischen Struktur nicht die Anforderungen an einen modernen und leistungsfähigen Werkstoff widerspiegeln. Durch die zunehmende Reinheit und Reproduzierbarkeit von Monostählen wurde der Damast in jüngerer Zeit manchmal auf seine dekorative Wirkung reduziert. Einige Liebhaber und Spezialisten sind jedoch immer noch der Meinung, dass die feuergeschweißte Verbundstahlklinge die edlere und handwerklich bessere Variante sei. In der Tat sind diese handwerklichen Glanzstücke schöne Unikate und zeigen einen „lebendigen“ Stahl.

Es gibt inzwischen etliche Experten, die dieses alte Herstellungsverfahren beherrschen.

Forschung

2006 wurde durch elektronenmikroskopische Untersuchungen an der Technischen Universität Dresden in einem Damaszener-Schwert aus dem 17. Jahrhundert Kohlenstoffnanoröhren von bis zu 50 nm Länge und 10 bis 20 nm Durchmesser aus Kohlenstoffatomen gefunden, die auf ein noch unbekanntes metallurgisches Verfahren hinweisen. Spekulationen gehen dahin, dass beispielsweise Holz oder Blätter der Schmelze unter Verwendung besonderer indischer Eisenerze als Katalysatoren bzw. Kristallbildner zugesetzt wurden.[6] Ein Nachweis, dass diese Nanoteilchen überhaupt einen Effekt auf den Stahl haben, steht jedoch noch aus. Auch eine angenommene erhöhte Korrosionsbeständigkeit konnte noch nicht bewiesen werden.[7]

Bei diesem Stahl sind es, so die Forscher, wellenförmig angeordnete Martensitpartikel im Gefüge, welche die angeblich hervorragenden Eigenschaften bestimmen sollen. Das wird bereits bei der Raffination des Eisens erreicht und nicht durch das Verschmieden mehrerer Stahlsorten. Man kann also hier nicht von Damastschmiedetechnik sprechen. Dieser im Tiegelschmelzverfahren hergestellte Rohstahl wird als Wootz bezeichnet.

Die Art der Verwendung des Wootzdamastes im Altertum und auch moderne Betrachtungsweisen von Klingen aus Stahl zeigen ein nüchternes Bild. Besondere Eigenschaftsverbesserungen gegenüber normalem Stahl oder Schweißdamast bleiben die angeführten Untersuchungen schuldig.

Damast in verschiedenen Kulturbereichen

Damast in Südostasien

Hauptsächlich in Indonesien und Malaysia wurde ebenfalls Damast durch das Verbinden von Eisen und Nickeleisen hergestellt. Dieser wurde vor allem für die Herstellung des sog. Kris (ein Dolch mit spitz zulaufender, oft wellenförmiger Klinge) verwendet. Eine Besonderheit hierbei ist, dass zur Herstellung dieses Stahls unter anderem Eisenmeteorite benutzt wurden, die, wie man aus chemischen Analysen weiß, oft hohe Anteile des Elements Nickel enthalten. Nach der Mythologie der Empu (malaiische Schmiede) kam das Eisen vom Himmel, wurde also von den Göttern geschickt.

Damast und das Samurai-Schwert

Wie oben bereits angemerkt, bestehen Samuraischwerter nicht aus Damaststahl im eigentlichen Sinne, sondern aus Raffinierstahl (ebenfalls ein Schweißverbundstahl). Oft verwendete unterschiedliche Klingenaufbauten mit beispielsweise elastischerem Stahl im Kern oder am Rücken sowie die differentielle Härtung der Klinge haben nur den Grundprozess der Verarbeitung mit Damaststahl gemeinsam.

Der Stahl zur Herstellung eines japanischen Schwerts wird auch gefaltet und mit sich selbst wieder verschweißt (Raffinieren). Grund dafür ist, wie schon erwähnt, das Erreichen einer gewissen Homogenität (gleichmäßige Verteilung der chemischen Bestandteile im Stahl) und die Entfernung von Schlacke, was wegen des unreinen Rohstoffs (Tamahagane) - ebenfalls eine Rennfeuererzeugnis - unerlässlich ist. Das aus einem Rennofen erzeugte inhomogene Material (Luppe) konnte auch nur durch Falten zu einem brauchbaren Material weiterverarbeitet werden. Das Falten spielt dabei eine bedeutende Rolle, weil dadurch Homogenität und Kohlenstoffgehalt kontrolliert werden. Hierbei ist die Erfahrung des Schmieds besonders wichtig.

An dieser Stelle ist es nochmals wichtig, die unterschiedlichen Zielsetzungen der Herstellung von Damaszenerstahl und von Raffinierstahl zu erklären. Beide Sorten von Stahl bedienen sich der gleichen Grundtechniken in ihrer Herstellung.

Nach der Herstellung des Halbzeugs für Damaszenerstahl, z. B. Spitzbarren, welche auf die genau gleiche Weise raffiniert werden wie ihre japanischen Gegenstücke, ist es das Ziel, den Damaszenerstahl in einem weiteren Raffinationsprozess (Damaszieren) auf Musterbildung hin zu bearbeiten. Das bedeutet, man muss die einzeln vorliegenden Barren so miteinander verschmieden, dass Muster aufgrund der unterschiedlichen Lagen der miteinander verbundenen Werkstoffe nach der Fertigstellung sehr prägnant hervortreten. Selbstverständlich wird auch hier auf einen guten Kompromiss der technischen Eigenschaften (Kohlenstoffgehalt) geachtet, um dem Schwert die gewünschten Eigenschaften mitzugeben.

Ziel der Herstellung von Raffinierstahl für japanische Klingen ist es hingegen, einen möglichst homogenen und fehlerfreien Werkstoff mit klar definiertem Kohlenstoffgehalt herzustellen. Daher tritt die Musterbildung, wie sie beim europäischen und orientalischen Damast speziell betont wurde, in den Hintergrund. Neuere Untersuchungen belegen im Übrigen, dass bereits in der Römerzeit in Europa genau so bei der Herstellung von Blankwaffen vorgegangen wurde. Obwohl auch bei japanischen Schwertern die Muster im Raffnierstahl sichtbar sind, liegt der Schwerpunkt bei japanischen Schwertklingen auf optischen Effekten durch Muster, die im Wesentlichen von der Wärmebehandlung herrühren. Diese Muster (Hamon, Utsuri, Boshi, etc.) sind Teil der Gütemerkmale einer japanischen Klinge und bestimmen den Wert einer solchen Klinge maßgeblich mit.

Verwendung bei Schusswaffen

Aus Damast (feuerverschweißtem Verbund) wurden auch schon seit jeher Läufe von Schusswaffen hergestellt. Der Werkstoff bietet genau die Eigenschaften, die für Schusswaffen benötigt werden: er ist flexibel, zäh und fest. Frühe gegossene Läufe (u.a. bei Handbüchsen, Hakenbüchsen und Wallbüchsen zu finden) hatten ein höheres Gewicht und konnten durch den Druck beim Schuss bersten, was mit einer erheblichen Gefahr für den Schützen verbunden war. Bei Damastläufen war trotz geringeren Gewichts ein Bersten nahezu ausgeschlossen.

Damastläufe wurden hergestellt, indem man beispielsweise einzelne Stahldrähte um eine Stange wickelte und miteinander verschmiedete. Im Waffenmuseum Suhl ist ein sehr schönes Beispiel zu sehen, bei dem ein Band aus mehreren verdrehten Damaststahlsträngen um eine Stange zu einem Lauf geschmiedet wurde.

Damaszierung

Damaszierung bezeichnet ein Ätzverfahren auf einer geschliffenen Metalloberfläche, wodurch das Muster eines Damaststahls nachempfunden werden soll. Es handelt sich dabei nicht um Damaszener-Stahl. Solche Fälschungen sind optisch manchmal nicht gleich von echtem Damaststahl zu unterscheiden. In der Heraldik versteht man unter einer Damaszierung das Verzieren von Wappenflächen mit pflanzenartigen Schnörkeln und Rankenmuster im Stile von Arabesken [8].

Damaststahl Heute

Taschenmesser mit Klinge aus „Wildem Damast“

Verwendung

Heutzutage erfreut sich Damaststahl wieder zunehmender Beliebtheit, vor allem zur Herstellung von Küchen- und Jagdmessern. Aber auch Gebrauchsgegenstände und Schmuck werden daraus hergestellt, letzterer aufgrund des ästhetischen Reizes der geätzten Oberfläche.

Damasteel

Durch neuere Herstellungsverfahren kann so genannter Damasteel hergestellt werden. Hierbei handelt es sich um ein vollkommen anderes Verfahren, bei dem rostträge Stahlsorten in Pulverform miteinander per Computer so vermischt werden, dass bereits ein Muster entsteht. Durch hohen Druck und gleichzeitig hohe Temperaturen sintert das Material zu einem dichten Stahlblock (derzeit jeweils 1,5 t), der dann aufgeschnitten und weiterverarbeitet wird. Nach der Herstellung nennt man den so erzeugten Stahl auch pulvermetallurgisch erzeugt.

Das Verfahren wurde erst 1993 entwickelt. Grund der Entwicklung war, dass sich die hochlegierten Stähle nur unter Sauerstoffabschluss feuerverschweißen lassen. Rostfreier Stahl ist ein hochlegierter Stahl, der mehr als 10,5 % Chrom in der Matrix enthalten muss, um nicht zu rosten.

Siehe auch

Literatur

  • Manfred Sachse: Damaszener-Stahl. Mythos. Geschichte. Technik. Anwendung Stahleisen-Verlag 1993, ISBN 978-3514005204
  • Manouchehr M. Khorasani: Arms and Armour from Iran - The Bronze Age to the End of the Qajar Period -, Legat, Tübingen 2006, ISBN 3-932942-22-1 (u.a. Waffenkunde des Altertums)
  • Ishii, M./ Sasaki, K., 1995: Kodaitô to Tetsu no Kagaku (Schwerter der Frühzeit und die Chemie des Stahls), Tokyo 1995.
  • Kapp, L./ Kapp, H./ Yoshihara Y.: The Craft of the Japanese Sword Tokyo & New York 1987
  • Roman Landes: Messerklingen und Stahl: Technologische Betrachtung von Messerschneiden. Wieland, 2. Aufl., ISBN 3-938711-04-3
  • Dr. Stefan Mäder: Stähle, Steine und Schlangen. (Humboldt-Universität, Berlin) Berlin 2001

Einzelnachweise

  1. Archäologie Online – Esse Hammer Amboss
  2. Die keltischen Rapiere
  3. Referat Werkstoffe und Verfahrenstechnik
  4. [1]
  5. [2]
  6. M. Reibold, P. Paufler, A. A. Levin, W. Kochmann, N. Pätzke und D. C. Meyer: Materials: Carbon nanotubes in an ancient Damascus sabre. Nature 444, 286 (2006). (englisch)
  7. Archäologie Online - scotts_talisman_damastsalat_und_nanodraht
  8. http://home.datacomm.ch/hofer.harri/html/body_damaszierung.html

Weblinks

 Commons: Damaszener Stahl – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Quellenhinweis

Fensterraute links oben ausgebrochen.png

Dieser Artikel basiert auf dem Beitrag „Damaszener_Stahl“ aus der freien Enzyklopädie Wikipedia in der Version vom 01. Juni 2010 (Permanentlink: [3]). Der Originaltext steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation bzw. unter CC-by-sa 3.0. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.