Damaststahl

Zwei Stähle mit demselben Namen

Hinter dem Wort «Damast» stecken zwei ganz verschiedene Dinge:

• Schweissdamast (Damaszenerstahl): Lagen aus verschiedenen Stählen werden im Feuer miteinander verschweisst, gefaltet, verdreht und neu kombiniert. Das Muster entsteht aus diesen Lagen. Das ist der Damast, den ich schmiede.
• Wootz (Tiegeldamast, russisch «Bulat»): ein im Tiegel geschmolzener Stahl aus Süd- und Zentralasien. Sein Muster wächst aus dem Inneren des Stahls, ganz ohne Schweissen.

Beide sehen geflammt aus, technisch haben sie nichts miteinander zu tun.

Vom Erz zum Eisen

Eisenerz ist nie reines Eisen, sondern eine chemische Verbindung, meist ein Eisenoxid. Metallisches Eisen kommt in der Natur fast nur in Meteoriten vor, und auch dort als Legierung aus Eisen und Nickel. Die wenigen Eisenfunde aus der Bronzezeit, etwa der Dolch des Tutanchamun, sind meteoritisch.

Aus Erz erschmolzen wurde Eisen ab etwa 2000 v. Chr. in Anatolien, zuerst in kleinsten Mengen. Verbreitet ist es erst ab etwa 1200 v. Chr., mit der Eisenzeit.

Dazu diente der Rennofen. Eisen schmilzt erst bei 1538 °C, ein Rennofen erreicht rund 1100 bis 1300 °C. Das Eisen wird darin nie flüssig: Das Kohlenmonoxid aus der Holzkohle entzieht dem Erz den Sauerstoff, die Schlacke wird flüssig und rinnt ab. Zurück bleibt die Luppe, ein schwammiger, poröser Klumpen Eisen voller Schlacke, an manchen Stellen weich, an anderen schon stahlhart. Flüssiger Stahl, der wie im Film in Formen gegossen wird, kam aus diesen Öfen nicht.

Die Luppe wird darum heiss verdichtet: hämmern, Schlacke herauspressen, falten und feuerverschweissen, immer wieder, bis ein brauchbares Stück Eisen entsteht. Für eine Klinge braucht es aber Stahl. Ab etwa 0,3 bis 0,4 % Kohlenstoff lässt sich Eisen härten; Messerstähle haben meist 0,6 bis 1 % oder mehr. Diesen Kohlenstoff brachte oft schon der Ofen mit, denn Teile der Luppe sind stahlhart, und die Schmiede sortierten die Stücke. Oder sie kohlten das Eisen später in der Glut der Holzkohle auf.

Dasselbe Prinzip gibt es in Japan. Im Tatara-Ofen wird Eisensand mit Holzkohle verhüttet; heraus kommt die Kera, ein poröser Klumpen aus Eisen und Stahl. Ihr bester Teil ist der Tamahagane. In Shimane wird bis heute so gearbeitet: Rund 10 Tonnen Eisensand und 12 Tonnen Holzkohle ergeben nach etwa 72 Stunden eine Kera von rund 3 Tonnen.

Eisen und Stahl zusammen: Schweissdamast

Stahl war über Jahrhunderte kostbar. Viele Klingen und Werkzeuge bestanden deshalb aus einem Körper aus weichem Eisen mit einer angeschweissten Schneide aus Stahl. Das spart Stahl, und das zähe Eisen hält die Klinge zusammen.

Das kunstvolle Muster ist etwas anderes. Schmiede verdrehten Stäbe aus verschiedenem Eisen, schweissten sie nebeneinander und machten daraus den Kern einer Schwertklinge. Belegt ist das spätestens ab dem 3. Jahrhundert n. Chr., etwa in den Moorfunden von Nydam; seine Blütezeit hatte es im 5. bis 8. Jahrhundert. Den hellen Kontrast lieferte dabei meist phosphorreiches Eisen, nicht Stahl. Materialprüfungen zeigen: Fester wurde ein Schwert durch das Muster nicht. Es war Zierde und Zeichen von Rang.

Ab dem 9. und 10. Jahrhundert verschwanden solche Klingen. An ihre Stelle traten Schwerter aus wenigen Stücken oder aus einem einzigen Stück Stahl.

Wootz: der andere Damast

Wootz ist ein geschmolzener Stahl. Eisen und Kohlenstoff (Holzkohle, Pflanzenteile oder Gusseisen) wurden in einem verschlossenen Tontiegel erhitzt, bis alles flüssig war. Heraus kam ein kleiner Barren aus sehr kohlenstoffreichem Stahl, mit rund 1,5 % Kohlenstoff. Hergestellt wurde er in Südindien und Sri Lanka, wahrscheinlich schon in den letzten Jahrhunderten v. Chr., und sicher belegt ab dem 9. Jahrhundert in Zentralasien (Merv, Akhsiket).

Das Muster entsteht ohne Falten: Beim Erstarren wächst der Stahl in baumartigen Kristallen. Kleinste Mengen Vanadium oder Molybdän sammeln sich dazwischen. Wird der Barren danach viele Male bei verhältnismässig niedriger Hitze geschmiedet, reihen sich harte Eisenkarbide entlang dieser Spuren auf: helle Bänder in dunklerem Stahl.

Die berühmten Säbel in den Museen stammen meist aus dem 16. bis 18. Jahrhundert. Woher der Name «Damast» kommt, ist umstritten: von der Handelsstadt Damaskus oder vom Vergleich mit dem gemusterten Damast-Stoff.

Hier stimmt die Legende sogar zur Hälfte: Die Herstellung solcher Klingen kam im 19. Jahrhundert zum Erliegen. Erst in den 1990er-Jahren gelang es dem Metallurgen John Verhoeven und dem Schmied Alfred Pendray, sie nachzuschmieden und zu erklären, wie das Muster entsteht.

Nie verloren

Musterverschweisster Stahl war nie «verloren», auch wenn das gern erzählt wird, oft von jemandem, der ihn gerade «wiederentdeckt» hat. In Indonesien wird der Keris mit seinem Lagenmuster (Pamor) seit Jahrhunderten ohne Unterbruch geschmiedet. In Japan zeigt der gefaltete Klingenstahl seine Maserung (Hada). In Europa fertigten Büchsenmacher im 19. Jahrhundert, vor allem in Lüttich, aber auch in Paris und England, Gewehrläufe aus verdrehten Eisen- und Stahlbändern, die um einen Dorn gewickelt und verschweisst wurden: die Damastläufe. Musternamen wie «Damas crollé» stammen aus dieser Zeit. Erst um 1900 lösten Läufe aus gegossenem Stahl sie ab.

In den USA machte der Messerschmied Bill Moran Damast 1973 unter Messermachern wieder bekannt. Seither ist er aus dem Messerbau nicht mehr wegzudenken.

Moderner Stahl verändert alles

Um 1740 entwickelte Benjamin Huntsman in Sheffield ein Verfahren, Stahl im Tiegel zu schmelzen: sauber und gleichmässig, ideal für Messer und Federn. Ab 1856 machte das Verfahren von Henry Bessemer Stahl zur Massenware, weitere Verfahren folgten. Seither enthält Stahl kaum noch Schlacke. Falten und Feuerschweissen machen ihn deshalb nicht mehr sauberer oder besser. Jede Schweissnaht ist eher ein mögliches Risiko, und der Kohlenstoff verteilt sich beim Schmieden zwischen den Lagen.

Rostfreier Stahl hat keinen einzelnen Erfinder. 1904 untersuchte der Franzose Léon Guillet Legierungen aus Eisen und Chrom, ohne ihre Rostbeständigkeit zu erkennen. Der Deutsche Philipp Monnartz erklärte 1911, ab welchem Chromgehalt Stahl beständig wird, und Harry Brearley in Sheffield stellte 1913 den ersten rostfreien Stahl für die Industrie her, der bald für Besteck verwendet wurde. Heute gilt Stahl ab 10,5 % Chrom als rostfrei; Messerstähle haben meist 12 bis 14 % oder mehr. Rund dreitausend Jahre lang war vorher keine einzige Klinge rostfrei.

Rostfrei heisst allerdings rostbeständig, nicht rostsicher. Das Chrom bildet an der Oberfläche eine dünne, selbstheilende Schutzschicht, und dafür muss es im Stahl gelöst sein, nicht in Karbiden gebunden.

Klassisch hergestellte Stähle mit viel Kohlenstoff und Chrom, etwa 440C, bilden beim Erstarren grosse Chromkarbide. Sie erschweren eine sehr feine, spitze Schneide und machen den Stahl weniger zäh. Es gibt aber auch feinkörnige rostfreie Stähle, etwa die Rasierklingenstähle AEB-L und 12C27. Bei hochlegierten Stählen hat die Pulvermetallurgie das Problem gelöst (ab 1970): Flüssiger Stahl wird zu feinem Pulver zerstäubt, jedes Körnchen erstarrt fast sofort, und die Karbide bleiben winzig und gleichmässig verteilt. Danach wird das Pulver unter Druck und Hitze wieder zu massivem Stahl gepresst. Das «CPM» in Namen wie CPM S30V steht übrigens für «Crucible Particle Metallurgy»: Crucible ist der Name des Herstellers, mit Tiegelstahl hat es nichts zu tun.

Warum ich trotzdem Damast schmiede

Weil jedes Muster einmalig ist, wie ein Fingerabdruck. Weil die Technik weit über tausend Jahre alt ist. Und weil er schön ist. Nicht, weil Damast besser schneidet: Eine gut gemachte Damastklinge ist genauso gut wie die Stähle und die Wärmebehandlung, aus denen sie besteht, nicht besser und nicht schlechter.

Das Muster kommt aus der Kombination zweier Stähle, die sich beim Ätzen unterschiedlich verfärben: Der nickelhaltige Stahl bleibt hell, der Kohlenstoffstahl wird dunkel. So entsteht ein Paket in meiner Werkstatt:

Welche Stähle ich verwende

• Damast, Grundmischung: XC75 und 15N20. Beide haben rund 0,75 % Kohlenstoff und härten gemeinsam; der Nickel im 15N20 bleibt nach dem Ätzen hell.
• Damast für mehr Leistung: O2 (1.2842) und 15N20.
• Japanische Klingenformen: 1080 und 1.1645 zu gleichen Teilen, im Mittel rund 0,9 % Kohlenstoff.
• Küchenmesser: unlegierte Kohlenstoffstähle, ApexUltra oder rostfreie Stähle. Rostfrei verwende ich oft AEB-L und CPM MagnaCut, dazu M390 und CPM S30V, und einen einfachen 420er, wo Rostbeständigkeit über allem steht.
• Taschen- und Outdoormesser: von D2 bis CPM S90V, dazu rostfreier Damast.

Härter ist nicht besser

Oft wird die Qualität einer Klinge an ihrer Härte gemessen, in Rockwell (HRC): je härter, desto besser. Das sehe ich anders. Die Härte muss zum Gebrauch passen und dazu, wie das Messer gepflegt und geschärft wird.

Ein Beispiel: Ein Küchenmesser aus Maxamet, einem Pulverstahl des Herstellers Carpenter, lässt sich auf rund 68 bis 70 HRC härten. Mit einer professionellen Wärmebehandlung ist das kein Problem, und im Prüfstand bleibt die Schneide sehr lange scharf, bei 68 HRC etwa doppelt so lange wie 440C. In der Küche ist so ein Messer aber heikel. Härtere Stähle sind weniger zäh: Die Schneide bricht eher aus, statt sich nur umzulegen. Nachschärfen lässt sie sich nur mit Diamant- oder CBN-Schleifmitteln, mit viel Zeit und Erfahrung. Wenig Nutzen, viele Nachteile, wie ein Bugatti Veyron als Alltagsauto in der Stadt: technisch hervorragend, praktisch fehl am Platz.

Auch wie lange eine Klinge scharf bleibt, hängt nicht allein von der Härte ab, sondern ebenso von Menge und Art der Karbide im Stahl. Zwei Stähle mit gleicher Härte können sich darin um ein Vielfaches unterscheiden.

Häufige Irrtümer

• «Damast ist härter und schärfer.» Er ist so gut wie seine Stähle und seine Wärmebehandlung.
• «Das Geheimnis des Damasts ist verloren.» Das gilt nur für Wootz, und der wird seit den 1990er-Jahren wieder geschmiedet. Schweissdamast war nie verloren.
• «Mehr Lagen sind besser.» Die Zahl der Lagen bestimmt das Muster, nicht die Qualität.
• «Falten macht Stahl sauberer.» Bei der schlackenreichen Luppe ja, bei modernem Stahl nicht.
• «Härter ist besser.» Siehe oben.
• «Eine harte Klinge biegt sich weniger.» Wie stark sich eine Klinge biegt, hängt von ihrer Dicke ab, nicht von der Härte. Harter Stahl lässt sich nur weiter biegen, bevor er sich bleibend verformt – und bricht eher, statt sich zu verbiegen.
• «Rostfrei rostet nie.» Rostfrei heisst rostbeständig.

Quellen

Bildnachweis