mini|hochkant|Klinge aus pulvermetallurgisch hergestelltem Verbundstahl. Das tordierte Muster wird dabei durch eine Torsion während der Herstellung erzeugt. miniatur|Ein Neck Knife mit Damastzeichnung, die in die Zeichnung des Griffs übergeht mini|Im Tiegel geschmolzener Stahl mit Maserung, der eigentliche Damaszenerstahl Der Begriff Damaszener-Stahl (auch Damast-Stahl), abgeleitet von Damaskus (), bezeichnet einen Werkstoff aus einer oder mehreren Eisen-/Stahlsorten, der in poliertem und geätztem Zustand eine klare Struktur aus mehreren sich abwechselnden Lagen unterschiedlichen Ausgangsmaterials erkennen lässt.
Heute bezeichnet der Begriff Damaszener-Stahl vor allem den Schweißverbundstahl, der bereits seit mehr als 2000 Jahren in Europa hergestellt wird. Dieser Stahl ist unter anderem aufgrund seiner dekorativen Musterung beliebt. Je nach verwendeten Ausgangstählen ist Damast-Stahl heute in rostfreier oder nicht rostfreier Qualität erhältlich.
Ursprünglich wurde der über Damaskus nach Europa importierte Tiegelstahl (Wootz), der bis Anfang des 18. Jahrhunderts im indisch-persischen Raum hergestellt wurde, als Damaszener-Stahl bezeichnet. Das genaue Herstellungsverfahren ist mittlerweile bekannt. Auch dieser Stahl weist eine Musterung auf, die durch eine Ätzung sichtbar gemacht werden kann. Sie ist jedoch nicht so ausgeprägt wie beim Schweißverbundstahl.
Seine gute Schneid-Funktion erhält moderner Schweißverbund-Damast durch die Zusammensetzung seiner Komponenten, die im Idealfall ähnliche Eigenschaften aufweisen.
Damaszener-Stahl wird nicht aus härtbaren und nicht härtbaren („weichen“) Stähllagen hergestellt, wie oft vermutet wird. Die Kohlenstoff-Diffusion sorgt bei den dünnen Lagen, wie sie nach ein paar Faltungen im Werkstück vorliegen, für einen Ausgleich des C-Gehalts.
Der Schweißverbundstahl Das Ausgangsmaterial Eisen oder Stahl Stahl ist eine Legierung von Eisen mit anderen Elementen, hauptsächlich Kohlenstoff, die nicht einheitlich definiert ist. Nach DIN EN 10020:2000–07 darf der Kohlenstoffgehalt des Eisens nicht über 2,06 % Masseanteil liegen, es handelt sich sonst um Gusseisen. Eine Unterscheidung zwischen Eisen und Stahl ist im Zusammenhang mit alten Herstellungsverfahren nicht möglich, da gediegenes (chemisch reines) Eisen in der Natur so gut wie nicht vorkommt. 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 modernen Damaszener-Stahls sind Stähle mit unterschiedlichem Gehalt an Begleitelementen. Wichtigste die Eigenschaften bestimmende Begleitelemente sind Kohlenstoff, Mangan, Silizium, Chrom und Nickel. Stähle mit definierten chemischen Zusammensetzungen konnten bis in die Neuzeit nicht gezielt hergestellt werden.
Das einzige Verfahren zur Erzeugung von Eisen war bis in das Spätmittelalter die Verhüttung von Eisenerz im Rennofen. Das Produkt dieses Verfahrens ist sogenannter Eisenschwamm, auch Luppe genannt. Da die Luppe einen sehr unterschiedlich verteilten Kohlenstoffgehalt und Schlacke-Einschlüsse aufweist, musste das Material erst homogenisiert und zu einem brauchbaren Barren geschmiedet werden, was durch mehrfaches Ausschmieden, Falten und Feuerschweißen erreicht wurde. Das Verfahren nennt sich Raffination oder Gärben. Erst ein so homogenisierter Werkstoff hat vorhersagbare, gleichmäßige Eigenschaften. Durch bestimmte Techniken (Frischen, Zementieren) konnte eine gezielte Verringerung oder Erhöhung des Kohlenstoffgehalts erreicht werden. Zusammen mit der Kenntnis der richtigen Wärmebehandlung des Materials konnten die technischen Eigenschaften sehr genau festgelegt werden.
mini|Ein angeschnittener, im Reduktionsofen mit Holzkohle aus Eisenerzen hergestellter Eisenschwamm. Der Stahl war nicht in der Schmelze
Unterschiede von Raffinierstahl und Schweißverbundstahl Die Übergänge von Raffinier- oder Gärbstahl zu Damaszener-Stahl sind fließend. Bei beiden Begriffen handelt es sich um Schweißverbundstahl.
Raffinierstahl entsteht bei der Herstellung des Rohstoffs, wenn als Grundlage kein flüssiges Eisen verfügbar ist. Dies ist der Fall bei der Rennofenproduktion oder auch bei Verwendung von Eisenschrott. Ziel der Raffination ist die Homogenisierung der Luppe bzw. des Ausgangsmaterials zu einem Material mit durchgängig gleicher Zusammensetzung. Raffination ist somit ein Teil des Herstellungsprozesses des Rohmaterials. Gegärbte Stähle gab es bereits früh als Handelsware, beispielsweise in Form von Doppelspitzbarren.
Sog. Damaszener-Stahl als Schweißverbundstahl ist die gewollte Inhomogenität durch Kombination verschiedener Rohmaterialien, um vor allem bestimmte optische Eigenschaften im Produkt zu gewährleisten. Wurmbunte Klingen sind ein Beispiel für eine klar erkennbare Intention des Schmieds. Der Schmied im Altertum verwendete demnach mehrere unterschiedliche Barren aus Raffinierstahl, um eine Klinge mit Damaszener-Stahl herzustellen. Die Musterbildung erfolgte z. B. bei den berühmten angelsächsischen Klingen durch Verwendung von Eisen aus unterschiedlichen Quellen. So zeigt Eisen aus Raseneisenerz durch seinen Phosphorgehalt im abschließenden Ätzvorgang eine silberne Farbe, während andere Eisen- und Stahlsorten dunkler zeichneten. Die rohen Klingenkerne wurden danach (auch bei den Wikingern) mit einer aufgeschweißten Schneidleiste aus Kohlenstoffstahl versehen, was den Schwertern dann ihre Funktionalität verlieh. Inwieweit dies bei musterlosen Werkstücken auch geschah, muss man in jedem Fall bestimmen. Eine genaue Unterscheidung zum Raffinierstahl ist nicht immer möglich.
Moderner Stahl, in schmelzflüssiger Form gewonnen, ist kein Raffinierstahl. Eine Raffinierung ist nicht vonnöten, da durch die flüssige Form eine ausreichende Durchmischung der Elemente gegeben ist. Ein sog. Damaszener-Stahl kann aus modernen Stählen hergestellt werden, insofern sie sich feuerschweißen lassen.
Anforderungen an Waffenstahl mini|Damastmesser mit gehärteter Klinge Aus den Eigenschaften des gehärteten Stahls entspringen die Probleme bei der Herstellung von Blankwaffen, beispielsweise von Schwertern. Ein Schwert muss wegen seines Einsatzzwecks hohen Schockbelastungen standhalten, muss scharf bleiben und darf weder brechen noch sich dauerhaft verbiegen, wohl aber eine gewisse Flexibilität aufweisen.
Mit Hilfe der Wärmebehandlung (Härten und Anlassen) kann man Stählen unterschiedliche Eigenschaften verleihen. So können Klingen hergestellt werden, die sehr lange scharf bleiben und sich nicht dauerhaft verbiegen, jedoch spröde sind und relativ leicht brechen. Ebenso kann man dem Klingenstahl durch geeignete Wärmebehandlung unter Hinnahme etwas geringerer Härte mehr Zähigkeit verleihen. So können Klingen gefertigt werden, die nicht leicht brechen, allerdings auch nicht so lange scharf bleiben.
alt=|mini|Keltisches Messer, 2.–4. Jahrhundert. Kunstpolitur. Typisches Bild von Schneidwaren. Eine oxidische Maserung von der Stahlaufbereitung und eine schmale Härtung (hell), der Schneide entlang
mini|Ausschnitt aus der Klinge einer Kräuterwippe, Europa ca. 1900. Durch die Kunstpolitur sind die oxidische Maserungen aus den Falt- und Schweißprozessen zu sehen. Weisslich erscheint die schmale Härtung der Schneide entlang
Härtbarkeit Eine der wichtigsten Eigenschaften von Stahl, die seine Überlegenheit gegenüber der Bronze ausmacht, ist seine Härtbarkeit. Stahl wird gehärtet, indem glühende Werkstücke möglichst schnell abgekühlt werden. Dies kann zum Beispiel in Wasser oder Öl erfolgen. Seit wann dieser Härtungsprozess bewusst und gezielt angewendet wird, ist nicht genau nachvollziehbar, er war aber wohl schon den späten Kelten bekannt. Es ist zu vermuten, dass dieser Effekt schon früh bemerkt wurde, da bestimmte gewollte Kombinationen verschiedener Rohmaterialien nur mit einer späteren Härtung sinnvoll waren. Grundsätzlich kann Stahl auf seine volle Härte von 62 bis 67 HRC gebracht werden. Da die Einhärtung (Tiefenwirkung des Härtens im Material) bei niedrig legierten Kohlenstoffstählen auf ca. 4 mm begrenzt ist, konnten schon früh Werkzeuge und Klingen aufgrund ihrer geringen Materialquerschnitte voll gehärtet werden. Es existieren Bodenfunde aus der Römerzeit, bei denen die Klingen Härtegrade über 66 HRC aufwiesen.
Beim Härten bilden sich mikrokristalline Strukturen der Kohlenstoffverbindungen im Metallgitter, die über eine hohe Festigkeit und Härte verfügen. Erst Eisen mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,22 % ist härtbar. Mit Erhöhung des Kohlenstoffgehalts tritt eine Erhöhung des Härtegrads ein. Der Stahl wird damit spröder, fester und verschleißärmer. Allerdings bestimmt nicht allein der Kohlenstoffanteil die mechanischen Eigenschaften des Stahls. Andere Legierungselemente wie Phosphor (Stahlschädling, macht Eisen spröde), Mangan (macht Eisen zäh, verbessert die Härtbarkeit) oder Silizium (macht Eisen ebenfalls zäh) spielen eine Rolle.Legierungselemente Einfluss der Legierungen auf Stahl, auf polyme.ch
Bei Untersuchungen an frühen Schwertern wurden neben teils stark gehärteten Stücken auch Klingen ohne Härtung festgestellt.11.2.2 Metallurgy of Celtic Swords, auf tf.uni-kiel.de Als Gründe hierfür sind der Verlust von Material durch Korrosion sowie das Glühen der Klinge anzuführen. Das Glühen kann bei einer Feuerbestattung oder auch bei einer gewollten rituellen Zerstörung stattgefunden haben. Ein weiterer Grund kann in der Restaurierung der Klingen gesehen werden. Früher wurden Eisenfunde teils stark geglüht, um einer weiteren Korrosion vorzubeugen. Beim Glühen entweichen zerstörerische Chloride, die zu weiterem Verfall führen würden. Leider zerstört diese Methode auch das Metall- und Härtegefüge der Klingen.
Geschichte und Entwicklung Eine Theorie zur Entwicklung des Damaszenerstahls in Europa besagt, dass dieser ein Versuch war, die orientalische Kunst zu kopieren. Die Annahme ist so nicht zu bestätigen, da Klingen aus Damaszenerstahl bereits seit der vorrömischen Eisenzeit in Europa zu finden sind, orientalischer Tiegelstahl jedoch erst ab dem 16. Jahrhundert größere Bekanntheit in Europa erlangte. Lediglich der Begriff ist von der Bezeichnung des orientalischen Stahls übernommen. Es ist davon auszugehen, dass der Stahl in früheren Zeiten keine eigene Bezeichnung hatte und unter den Begriff Gärbstahl fiel. Die bislang ältesten Nachweise für gewollten Damaszenerstahl sind keltische Schwerter aus Streifendamaszenerstahl aus der Zeit um etwa 300 v. Chr.Ein Beispiel bei einem deutschen Auktionshaus: , auf hermann-historica.de
Für die Schmiede des Altertums war es zunächst wichtig, dass das im Rennofenprozess erzeugte Renneisen (auch Luppe genannt) überhaupt schmiedbar war. Die damaligen Schmiede konnten den Kohlenstoffgehalt nur ungefähr beurteilen, Schlacken aus dem Metall entfernen und eine gewisse Homogenisierung des Eisens bewirken. Aufgrund des aufwändigen Prozesses der Eisenerzverhüttung trennte sich schon früh die Rohstoffherstellung ab, sodass Schmieden Eisenbarren in unterschiedlichen Qualitäten als Handelsware zur Verfügung standen.Keltische Eisenbarren Bruschied, Rhein-Hunsrück-Kreis , auf regionalgeschichte.net, abgerufen am 5. Februar 2023 Untersuchungen an frühen Klingen zeigen, dass besonders im Schneidenbereich relativ reiner Stahl verarbeitet wurde.
Ein Grund für die Entwicklung von Damaszenerstahl im Altertum und im frühen Mittelalter war, dass die im Rennofenverfahren gewonnenen Stähle nicht immer von gleicher Qualität waren, weil die Verhüttungsverfahren keine standardisierten Stähle erzeugen konnten. Beimengungen wie Kohlenstoff, Phosphor und Schwefel beeinflussten die Qualität und erforderten häufig Nacharbeitung für die gezielte Steuerung der Eigenschaften des fertigen Produkts. Die Schmiede konnten somit die verschiedenen Qualitäten gezielt zur Herstellung bestimmter Produkte wie Schwerter oder Hufeisen auswählen.