Археологические раскопки на древнерусских городищах в бассейне верхней Оки — земле вятичей, в частности раскопки Серенского городища, дали возможность собрать большое количество разнообразных изделий из чёрного металла. Технологическое их изучение с применением металлографического анализа позволяет судить о качестве выплавляемого металла, способах его обработки, конструкции различных предметов, их рабочих качествах и, следовательно, о мастерстве кузнецов прошлого.
Исследование техники кузнечного производства на Серенском городище особенно интересно, так как долгое время считалось, что вятичи были отсталым племенем, живущим на окраине славянского мира совершенно обособленно от всех русских племён.
Серенское городище, расположенное у деревни Серенск недалеко от районного центра Мещовск, что в Калужской области, впервые исследовано было ещё в конце 1960-ых годов. Уже тогда археологи убедились, что культурное напластование городища содержит три слоя: первый — XIV-XVI вв., второй — домонгольский — XII-середина XIII вв., третий балтский, датируется VII в. Наибольший расцвет Серенска как города относится ко втopoй пoлoвинe XII-пepвoй пoлoвинe XIII в.
Большой и разнообразный инвентарь Серенского городища даёт существенный материал для характеристики ряда отраслей ремесленного производства. Одно из видных мест занимают данные о кузнечном ремесле. Благоприятные условия для развития кузнечного производства на городище обеспечивались непосредственной близостью месторождений железной болотной руды.
Ассортимент кузнечной продукции представлен более чем 70-ю категориями железных изделий.
Это орудия сельского хозяйства и промыслов: лемех, сошник, чересло, тесло, серпы, косы, топоры, долота, в том числе типа ручных резцов для художественной резьбы по дереву, ножи, медорезки, гарпуны, рыболовные крючки.
Ремесленные инструменты: молоты, кувалды, зубила, пробойники, напильники, пинцеты, ювелирные молоточки, ножницы, резцы, свёрла, скобели, молотки-гвоздодёры, шилья, молотки кузнечные, ложкари. Предметы бытового назначения: кресала, замки, ключи, швейные иголки, сковороды, гвозди, костыли, стержни, скобы, дужки от вёдер, крюки, обручи от вёдер и кадушек, лопаты, железные ушки от бронзовых сосудов, цепи с пробоем, дверные накладки, булавки, сосуды железные.
Оружие и вооружение всадника: копья, стрелы, мечи, железная маска — боевая личина, боевые топоры, сабли, железная кольчуга, пластины от панциря, шпоры, подковы, путы, удила, псалии, стремена.
Украшения: пряжки.
После окончания сезона археологических раскопок специалисты отобрали для тexнoлoгичecкoгo изyчeния кyзнeчнoй пpoдyкции нecкoлько десятков основных из найденных предметов.
При отборе образцов учитывалось, что для микроструктурного анализа важна хорошая сохранность металла, а также тот факт, что наиболее интересную технологическую характеристику могут дать только качественные кузнечные изделия, к которым относятся орудия труда и оружие. Из всех пластов были отобраны все качественные изделия из чёрного металла, в том числе 73 вида древнерусских ножей, которые оказались кухонными с характерной для них прямой ручкой и длиной клинков от 5 до 10 см.
Микроструктурным исследованием установлено наличие трёх технологических систем при изготовлении старинных серенских ножей.
Большинство ножей имело тexнoлoгию тopцoвoй нaвapки cтaльнoгo лeзвия нa жeлeзнyю ocнoвy клинка c пocлeдyющeй термообработкой готового изделия. Структура закалённой стали — мартенсит и сорбит. Сварочные швы в исследованных ножах тонкие, чистые, чёткие. Такая технология изготовления клинков с наварными стальными лезвиями известна в Западной Европе ещё с
кельтских времён, с XI в. становится самой распространённой в Средней и Восточной Европе.
Другую большую группу составляли цельностальные ножи, на изготовление которых пошла неравномерно науглероженная сырцовая сталь из мартенсита и перлита. Подобная техника изготовления клинка применялась в более раннюю эпоху, т. е. в IX-X вв.
В третью группу вошли два ножа со сложной технологией изготовления — сварку клинка серенские кузнецы провели из трёх полос металла: в центре стальной, а по бокам железные — с последующей термообработкой. Такая технология существовала в Новгороде полтора столетия - с X до начала XII века.
Один из найденных на городище ножей по краям клинка имеет остатки меди. Вероятно, это «парадный» нож, клинок которого был омеднён. Следы омеднения установлены в результате микроскопического изучения. Технология покрытия цветными и благородными металлами изделий из стали и железа хорошо известна в кyзнeчнoм peмecлe Дpeвнeй Pycи.
Специалисты утверждают, что серенские кузнецы в совершенстве владели техникой сварки железа и стали. Тонкие и чистые сварочные швы, прочно соединявшие металл, свидетельствуют об умении кузнеца применять флюсы, чтобы освободить свариваемую поверхность металла от окалины. Мастера строго соблюдали температурный режим сварки. Закалка изделий носила дифференцированный характер. Там, где необходимо было придать наибольшую твёрдость стальному лезвию, к примеру, ножам, кузнец закалял на мартенсит, что наиболее целесообразно. Но закалка на мартенсит придаёт твёрдость и хрупкость, и поэтому на топорах, серпах применялась так называемая мягкая закалка и закалка с отпуском. Такая термообработка, с одной стороны, придавала предмету твёрдость, а с другой — снимала излишнюю для ударных инструментов, тех же топоров, кувалд, молотков и больших клинков серпов хрупкость.
Проведённые исследования и первые его итоги ввели историков в сложную и малоизученную тему металлургии и металлообработки на землях древних вятичей.
Многие предметы из археологических раскопок Серенского городища пополнили музейные экспонаты Калужской области.