Эта масса называется шлаком. На вид онагрязно-коричневого или серого цвета. По нынешним временам она иногда перерабатываетсяв шлаковату, используемую для теплоизоляции.
Таким образом, на дне печи получается смесь железа, карбида железа ишлака. В самых первых печах эта смесь проплавлялась неполностью, ее извлекалив виде тестообразного куска, слитка, содержащего древесный уголь и другиевключения. Включения эти составляли самостоятельную проблему, а, крометого, из карбида железа негоже было делать оружие и инструмент – карбидочень хрупок. Причина хрупкости карбида железа в том, что в отличие откристаллов почти чистого железа, построенных на металлической связи, котораяблагоприятствует движению дислокаций, он частично построен на ковалентныхсвязях, которые не обеспечивают заметной подвижности дислокаций вплотьдо температуры около 250° C. Поэтому в таком виде металл куется лишь в горячемсостоянии, при комнатной температуре он хрупок.
Такое железо и попадало в руки первых кузнецов. Нагревая это железодо 800-900° C, они ковали его с громадным трудом. Вначале труд был ручным,затем начали использовать силу воды (“кузнечные пруды”!). Ковка имела дваследствия. Во-первых, она механически выдавливала большинство включенийи часть шлака и снижала содержание углерода в железе. Второе следствиезаключалось в следующем. Железо, нагретое до умеренных температур на воздухе,образует окисную пленку, обычно FeO. Нагретое и расплющенное ударами молотажелезо кузнец сгибал вдвое и снова начинал по нему бить. Пленка окислапопадала между слоями горячего слитка, контакт между слитком и пленкойпод ударами молота становился практически идеальным, в результате чегоначиналась реакцияFeC+FeO → 4Fe + СО.
Когда требовалось железо высшего качества, поочередное расплющиваниеи складывание вдвое повторялось многократно, порой тысячи раз. Вот почемуна мечах заметен изящный волнистый рисунок -это тонкие слои металла и следыударов молота. Если вся работа выполнялась надлежащим образом, то удалялсяпочти весь углерод. Такое кованое железо (его называют сварочным или ковочным)с небольшими примесями кремния, в целом полезными, содержало также прожилкишлака, тоже до некоторой степени полезные. Дело в том, что очищенное железобыло, вообще говоря, слишком мягким, и стекловидные волокна шлака несколькоограничивали его текучесть. Кроме того, сварочное железо обычно прекрасносопротивлялось коррозии. Частично это объясняется чистотой самого железа,но существует и другое объяснение. Многие полагают, что начальная пленкаржавчины удерживалась на поверхности с помощью шлаковых включений. Онане отлетала со временем и служила защитой от последующей коррозии.
Сварочное железо прямо с наковальни было слишком мягким, чтобы делатьиз него оружие и инструмент, поэтому его нужно было сделать потверже, увеличивсодержание углерода; для этого достаточно было насытить углеродом поверхность.Почти этот же процесс находит широкое применение и до сих пор. Он называется“цементацией”. Мечи (или другое оружие) погружались в среду, содержащуюв основном углерод, а также некоторые секретные приправы сомнительной эффективности.Все это нагревалось в течение такого времени, которое необходимо, чтобыуглерод проник на глубину 0,5-1,0 мм.
