Damaszener Stahl

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Charakteristisch sind die „organischen“ Muster des Damaszener Stahlverbunds

Der Begriff Damaszener Stahl oder Damast (von arabisch: دمشق dimašq, Name der Stadt Damaskus) wird heute gängig für zwei verschiedene Begriffe in der traditionellen Kunst der Stahlanfertigung verwendet. Überwiegend wird Damaszener Stahl mit der Herstellung von Schwertern in Verbindung gebracht, wobei entsprechend dem älteren Schmiedeverfahren (Stahlverbund) die Klingen auch als gefaltet bezeichnet werden. Später wurden aus Damast auch die Läufe von Schusswaffen, Schilde und Rüstungen sowie Gegenstände des täglichen Gebrauchs angefertigt, wobei eher deren dekorativer Charakter im Vordergrund stand. Richtiger wäre eine Unterscheidung in mechanische und chemische Stahl-Eisen-Gemische wie dem „Orientalischen“ Damast (chemisch) und seiner z. B. abendländischen Nachahmung durch die merowingische Schmiedetechnik des Faltens (mechanische Verbundtechnik).

[Bearbeiten] Damaszener Stahl

Im Grunde beschreibt Damaszener Stahl einen Verbundwerkstoff aus Stahl und Eisen. Die frühmittelalterlichen „wurmbunten“ Schwertklingen der Merowinger werden als die ersten uns überlieferten Beispiele eines Eisen-Stahl-Verbundwerkstoffs in Europa erachtet. Jüngste archäologische Bemühungen weisen jedoch diese Kombination auch schon in römischen Klingen nach, wobei solche aufgrund ihres Alters oft stark verwittert sind, was Untersuchungen erschwert ^[1] Die mechanische Damasttechnologie kannten schon die Wikinger, Alemannen und Franken. Auch das in Port am Bielersee gefundene und heute im schweizerischen Landesmuseum aufbewahrte Schwert aus der Zeit der Kelten zeigt 34 Lagen aus Eisen und Stahl, wobei hier die Härte durch den Phosphorgehalt bestimmt wird.

Der Damaszenerstahl „orientalischer“ oder „chemischer“ Art wurde sicher nicht in Damaskus erfunden. Die syrische Metropole gab der Verbundschweißtechnik zwar wahrscheinlich den Namen. Jedoch nicht, weil dort das Schmiedehandwerk blühte, sondern weil sich dort jahrhundertelang der orientalische Waffenhandel konzentrierte. Von dort brachten aber europäische Händler die Kunde dieses bemerkenswerten Werkstoffs in den Westen. Und so verbindet man noch heute in der westlichen Kultur Stahl-Eisen-Gemische mit dieser Stadt.

Die besten Damaszenerschwerter wurden in Persien aus indischem Stahl gefertigt; sie blieben bis weit ins 19. Jahrhundert hinein nahezu ein Monopol des islamischen Kulturbereichs. Von einer solchen Klinge berichtete aber schon 540 n. Chr. der arabische Dichter Imru'ulqais; er verglich ihre Oberflächenstruktur sehr treffend mit den Spuren einer wellenartig vorrückenden Armee von Ameisen. Das genaue Verfahren der metallurgischen Herstellung ist seit dem 18. Jahrhundert in Vergessenheit geraten. Es dauerte sehr lange, bis die westlichen Metallurgen glaubten, das Geheimnis dieser Technologie wieder entdeckt zu haben. Weil sie auf die mechanische Verbundtechnik der Merowinger fixiert waren, entging ihnen die „chemische“ Technologie des orientalischen Damaszenerstahls. Er weist gesamthaft einen sehr hohen Kohlenstoffgehalt von 1,3 bis 2 Prozent auf. Dennoch ist er nicht spröde, weil der Kohlenstoff auf zwei Phasen verteilt ist. Einmal sehr kohlenstoffreiches, nahezu eutektisches Gusseisen, das den niedrigsten Schmelzpunkt im System Eisen-Kohlenstoff aufweist. Dazu kommt der beim Atzen (Ätzen) dunkel erscheinende, gewöhnliche Stahl mit relativ geringem Kohlenstoffgehalt. Eine feine Verteilung dieser beiden Phasen erhielt man ausgehend vom porösen Schwamm, der bei der Reduktion von Eisenerz mit dem von glühender Holzkohle abgegebenen Kohlenmonoxid entstand. Er wurde im festen Zustand mit flüssigem, einen um etwa 300 Grad niedrigeren Schmelzpunkt aufweisendem Gusseisen infiltriert.

Dies ließ sich auf zwei Arten durchführen:

Entweder belud man den Oberteil des Tiegels mit Holzkohle, die lokal das Eisen so stark aufkohlte, dass es schmolz und den darunterliegenden, wegen des geringen Kohlenstoffgehalts nicht schmelzenden, porösen Stahl imprägnierte. Der Tiegel konnte auch mit zuvor hergestelltem Gusseisen und Eisenschwamm beschickt werden; beim Erhitzen schmolz ersteres und drang in den Schwamm ein.

Eine weitere Variante bestand im Beladen eines mit flüssigem Gusseisen gefüllten Tiegels mit Stahllamellen oder -kügelchen, die durch Verschmieden von gewöhnlichem, kohlenstoffarmem Eisenschwamm erhalten wurden. Nach dem Erstarren wurde das Eisen-Stahl-Gemisch bei niedriger Temperatur verschmiedet, um die Diffusion des Kohlenstoffs vom Eisen in den Stahl zu minimieren.

2006 wurde durch elektronenmikroskopische Untersuchungen an der Technischen Universität Dresden in einem Damaszener Schwert aus dem 17. Jahrhundert Nanoröhren 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 zugesetzt wurden. ^[2]

Im Gegensatz zu den merowingischen Klingen wurde orientalischer Damast nur ausnahmsweise durch Falten und Verdrillen bearbeitet. Schon der große Bergmann und Metallurge Georgius Agricola (1494-1555) erwähnte in seinem Monumentalwerk „De re metallica“ die Technik des Verbundes von Stahl mit Gusseisen ohne volles Aufschmelzen des Stahls, doch wurde dies in Europa nicht zur Kenntnis genommen. Vielmehr versuchte man dort jahrhundertelang mit großer Verbissenheit, den orientalischen Damast durch Verschmieden von Eisen und Stahl nachzuahmen. Dabei erhielt man durch feinste Verteilung der beiden Phasen sehr interessante Werkstoffe, aber natürlich keinen chemischen Damast.

[Bearbeiten] Damaszener Stahlverbund

Taschenmesser mit Klinge aus „Wildem Damast“

Stahlverbund, der aus mehreren Stahlschichten unterschiedlicher Härte zusammengeschmiedet (feuergeschweißt) ist. Die Schichten bestehen abwechselnd aus hartem und zähem Stahl. Harter Stahl ist zwar sehr fest, gleichzeitig aber sehr brüchig. Zäher Stahl bricht nicht, verformt sich aber sehr leicht. Durch das schichtweise Zusammenschmieden entsteht ein Stahlverbund, der einerseits sehr hart ist, andererseits aber auch elastisch ist, also nicht so schnell bricht. Die harten Schichten besitzen einen höheren Kohlenstoffgehalt als die weichen Schichten. Am Anfang werden mehrere Schichten, meist 3 bis 8, übereinandergelegt und im Schmiedefeuer geschweißt. Der Verbund wird anschließend längs oder quer auseinander 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 auf die zu schweißende Stelle gestreut. Dieser schmilzt zu einer flüssigen Glasschicht und schützt somit den Stahl vor dem Sauerstoff. Der 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 einem präzisen Schlag zusammenzufügen. Um schöne Muster auf der Oberfläche zu erhalten, kann der Stahl auch verdreht (Torsionsdamast) oder „unsymmetrisch“ (wilder Damast) weiterverarbeitet werden. Nach dem Härten wird der Damaszener Stahl geätzt, um das Muster sichtbar zu machen, da die verschiedenen Schichten sich in Säure je nach Kohlenstoffanteil bzw. Legierung hell (Nickel) oder dunkel (Mangan) färben. Der Damaszener Stahl mit seinen hervorragenden Eigenschaften wird zur Fertigung von Schwertern und Dolchen benutzt. Die Schneiden werden dann meist noch zum Schluss nachgehärtet. Heute wird für die Messerherstellung auch gerne Kettendamast verwendet, das aus Motorradketten oder Motorsägenketten geschmiedet wird, was ein sehr schönes Muster ergibt.

Man geht heute davon aus, dass die Skythen und die Meder die ersten waren, die diese Kunst des Waffenschmiedens beherrschten. Die Technik zur Herstellung des Damaszener Stahls wurde vor allem im Orient zu einer vollendeten meisterhaften Handwerkskunst entwickelt. Den Europäern waren vor allem die Händler aus Damaskus (aus mittelalterlich-europäischer Sicht die "typische" Stadt des Orients) für solche Stahlklingen bekannt, daher leitet sich auch der Name Damast ab. Eine ähnliche Vorgehensweise finden wir in der japanischen Schmiedekunst, allerdings nur zur Verminderung des Kohlenstoffgehalts.

Oft wird auf normalen Stahl lediglich ein Muster geätzt, um Damast vorzutäuschen. Solche Fälschungen sind optisch oft nicht von echtem Damaststahl zu unterscheiden.

Anfangs wurden auch noch viele Gewehrläufe aus Damaststahl gefertigt, da es technisch noch nicht möglich war, Gewehrläufe präzise zu bohren. Daher wurde um eine Stahlstange Draht gewickelt, welcher dann zum Lauf verschmiedet wurde. Diese Läufe findet man noch bei vielen Jagdgewehren bis zum Ende des 19. Jahrhunderts. Ein weiterer Aspekt dieser Fertigungsweise ist neben der einfachen Herstellung auch der dekorative Charakter des entstehenden Musters auf der Oberfläche des Laufes.

[Bearbeiten] Damast in Asien

Die berühmten Schwertmacher von Solingen in Deutschland stellten für ihre Musterungen bekannte und hochwertige Damaszenerklingen her. Aus Solingen kam auch der türkische Damaststahl, eine verfeinerte Version der merowingischen Klingen.

Ganz unabhängig davon entwickelte sich im heutigen Indonesien, insbesondere auf Java, eine hohe Schule des mechanischen Damaszenerstahls. Aus diesem Material fertigte man vom 13. Jahrhundert an so genannte Kris, das sind Schwerter mit häufig schlangenartig gewellter Klinge und sehr komplizierten Mustern von fein verteilten Eisen- und Stahlphasen. Besonders interessante Effekte erhielt man durch das Einarbeiten von nickelhaltigem meteoritischen Eisen bei den letzten Faltungen, um zusammen mit dem anschließenden tiefen Atzen die weißen und grauen bzw. dunklen Bereiche hervorzuheben.

Die absolute Vollendung im Bereich des mechanischen Damaststahls erreichten die japanischen Schmiede. Sie konnten sich ursprünglich auf altes chinesisches Wissen stützen, übertrafen aber ihre Lehrmeister schon im 7. Jahrhundert. Sie beherrschten nicht nur die Fertigung feinst verteilter zweiphasiger Eisen-Stahl-Verbunde, auch bei der Gefügekontrolle, der Wärmebehandlung, der gezielten Härtung und beim Polieren erzielten sie Ergebnisse, die an der Grenze des technisch überhaupt Möglichen lagen.

Die Klinge des japanischen Samurai-Schwerts (Katana) weist eine seit dem Mittelalter standardisierte Struktur auf, doch mit individuellen Varianten, die das Geheimnis berühmter Familien von Schwertmachern blieben. Eine solche Klinge bestand aus einem relativ weichen, kohlenstoffarmen Stahlbarren, der ein Dutzend Mal gefaltet und wieder flach geschmiedet wurde. Dieses Falten diente vor allem zum Homogenisieren und Verringern des Kohlenstoffanteils des Stahls auf ca. 0,6–0,7 % durch Oxidation des Kohlenstoffs. Man achtete sorgfältig darauf, dass eine kontrollierte Menge fein verteilter Schlacke im Metall verblieb. Die kämpfenden Samurais hatten nämlich bemerkt, dass die „Arbeit“ mit leicht schlackenhaltigen Klingen besonders leicht war. Dies war kein Aberglaube; die Schlackenpartikel erhöhen nachweislich die innere Reibung und verbessern darum die Dämpfung der beim Aufschlag schwingenden Klinge. Denselben Effekt erzielt man im modernen Gusseisen, in welchem die freien Kohlenstoffteilchen eine starke mechanische Dämpfung bewirken.

Der etwas weichere Stahlkern des Samurai-Schwerts wurde in einen besser härtbaren V-förmigen Stahlmantel eingeschweißt, der die Seiten und die Schneide der künftigen Klinge bildete (es existierten auch kompliziertere Klingenkonstruktionen). Dieser Mantel war vielleicht eine der ersten Anwendungen der heute als Neuheit gepriesenen Nanotechnologie. Man ging von kleinen Stücken sehr kohlenstoffhaltigen Stahls oder Gusseisens aus, die mit einer Stahlplatte niedrigen Kohlenstoffgehalts verschweißt wurden. Daraus wurde ein Barren geschmiedet, der bis zu zwanzig Mal über Kreuz gefaltet, verschweißt und wieder ausgehämmert wurde. Schließlich erhielt man ein Laminat von bis zu über einer Million Lagen. Bei einem Blech von 5 mm Stärke entspricht dann jede Schicht einem Stapel von nur etwa 40 Eisenatomen. Zwischen den einzelnen Faltungen wurde der Stahl wieder sorgfältig aufgekohlt, um die beim Schmieden auftretenden Kohlenstoffverluste auszugleichen. Jedoch gleicht die Herstellung von Damaszenerstahl, bei dem sich im Endprodukt viele mehr und weniger kohlenstoffhaltige Schichten abwechseln, in vielen Punkten nicht der von Katana-Stahl, bei dem die Faltungen aus anderen Gründen vorgenommen wurden. Siehe auch die detaillierte Beschreibung der Herstellung eines Katana.

[Bearbeiten] Wootz

Austenitkristallierung

Ein Stahl, der aus Wootz geschmiedet wurde, mit einem hellen Linienmuster aus Zementitpartikeln. Das Ausgangsmaterial, der so genannte Wootz-Barren, besteht aus sehr reinem Eisen, ca. 1,5% Kohlenstoff und winzigen Spuren von Verunreinigungen aus 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 Zementitpartikel, die zufällig verteilt sind. Wird der Stahl nun geschmiedet, verflüchtigen 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 geätzt werden.

Durch die zunehmende Reinheit und Reproduzierbarkeit von Monostählen wurde der Damast in jüngerer Zeit eher auf seine dekorative Wirkung reduziert. Einige Kenner und Spezialisten sind jedoch immer noch der Meinung, dass die feuergeschmiedete Verbundstahlklinge die edlere und letztendlich auch die handwerklich bessere Variante ist. Außerdem sind diese handwerklichen Glanzstücke absolute Unikate und zeigen einen „lebendigen“ Stahl.

[Bearbeiten] Damasteel

Durch neuere Stahlherstellungsverfahren kann so genannter Damasteel hergestellt werden. Hierbei handelt es sich um einen vollkommen anderen Werkstoff als dem klassischen Damaszener Stahl. Damasteel besteht aus rostträgem Stahl, der durch die Vermengung des Grundwerkstoffes mit Stahlspänen während des Fertigungsprozesses veredelt wird. Das Verfahren wurde erst 1993 entwickelt. Grund der Entwicklung war, dass sich die hochlegierten Stähle nicht feuerverschweißen lassen.