Чарльз Бенджамин Дадли

Чарльз Бенджамин Дадли (англ. Charles Benjamin Dudley; 14 июля 1842, Оксфорд, штат Нью-Йорк — 21 сентября 1909, Алтуна, штат Пенсильвания) — американский химик-технолог, металлург и изобретатель. Наиболее известен как создатель стандартизированного метода определения твёрдости материалов, известного как твёрдость по Бринеллю (в соавторстве с шведским инженером Юханом Августом Бринеллем), а также как пионер в области железнодорожной металлургии и стандартизации стальных рельсов. Работал главным химиком Пенсильванской железной дороги (Pennsylvania Railroad), где внёс значительный вклад в повышение безопасности и долговечности железнодорожного полотна.

Биография

Ранние годы и образование

Чарльз Бенджамин Дадли родился 14 июля 1842 года в городе Оксфорд, штат Нью-Йорк, в семье фермеров. С юных лет проявлял интерес к естественным наукам и механике. После окончания средней школы поступил в Ренсселеровский политехнический институт (Трой, штат Нью-Йорк), который окончил в 1864 году со степенью бакалавра наук по химии. В институте специализировался на аналитической химии и металлургии, что определило его дальнейшую карьеру.

Карьера на Пенсильванской железной дороге

В 1865 году, сразу после окончания института, Дадли был принят на работу в Пенсильванскую железную дорогу (Pennsylvania Railroad) — одну из крупнейших железнодорожных компаний США того времени. Первоначально он занимал должность младшего химика в лаборатории в Алтуне, штат Пенсильвания. В 1875 году стал главным химиком дороги, а впоследствии — руководителем металлургической лаборатории, которую он фактически создал с нуля.

Основной задачей Дадли было обеспечение качества и безопасности стальных рельсов, которые в то время активно заменяли чугунные. В 1870-е — 1880-е годы участились случаи разрушения рельсов, приводившие к крушениям поездов. Дадли разработал комплекс методов химического анализа и механических испытаний, позволявших отбраковывать некачественные партии рельсов до их укладки.

Вклад в стандартизацию

В 1880-е годы Дадли стал одним из инициаторов создания единых стандартов на стальные рельсы в США. Он участвовал в работе Американского общества инженеров-строителей (ASCE) и Американского общества испытателей материалов (ASTM, основано в 1898 году). В 1893 году по его инициативе была принята первая спецификация на стальные рельсы, которая включала требования к химическому составу (содержание углерода, марганца, кремния, фосфора и серы) и механическим свойствам (предел прочности, удлинение, твёрдость).

Личная жизнь и смерть

Чарльз Бенджамин Дадли был женат на Мэри Энн Смит (1845–1920), в браке родилось двое детей. Он умер 21 сентября 1909 года в Алтуне, штат Пенсильвания, от сердечного приступа. Похоронен на кладбище Оксфорда (Нью-Йорк).

Научные и инженерные достижения

Метод определения твёрдости по Бринеллю

Наиболее известным изобретением Дадли является метод определения твёрдости металлов, который он разработал совместно со шведским инженером Юханом Августом Бринеллем. В 1900 году на Всемирной выставке в Париже Бринелль представил прибор, вдавливающий стальной шарик в образец под нагрузкой. Однако именно Дадли, работая над проблемами износа рельсов, предложил стандартизировать параметры испытания: диаметр шарика (10 мм), нагрузку (3000 кгс для стали, 500 кгс для мягких металлов) и время выдержки (30 секунд). Он также разработал таблицы для перевода диаметра отпечатка в число твёрдости (HB — Hardness Brinell). Метод был официально принят ASTM в 1901 году и до сих пор остаётся одним из основных способов измерения твёрдости в металлургии.

Химический анализ стали

Дадли усовершенствовал методики количественного химического анализа стали, особенно в части определения фосфора и серы — элементов, вызывающих хрупкость металла. Он разработал точные титриметрические методы, которые позволяли выявлять содержание этих примесей на уровне сотых долей процента. Эти методы были включены в стандарты ASTM и использовались в лабораториях по всему миру.

Испытания на усталость и износ

В лаборатории Дадли в Алтуне были проведены одни из первых систематических исследований усталости металлов при циклических нагрузках, характерных для железнодорожного транспорта. Он сконструировал стенд для испытания рельсов на изгиб и удар, а также разработал методику оценки износа головки рельса в зависимости от твёрдости стали и интенсивности движения. Результаты его работ позволили увеличить срок службы рельсов с 5–7 лет до 15–20 лет.

Стандартизация рельсов

Дадли был автором первой в мире спецификации на стальные рельсы, принятой Пенсильванской железной дорогой в 1878 году. Она включала:

• Химический состав: углерод 0,35–0,55%, марганец 0,60–0,90%, фосфор не более 0,04%, сера не более 0,05%.
• Механические свойства: предел прочности не менее 650 МПа, относительное удлинение не менее 10%.
• Геометрические параметры: вес погонного метра, форма профиля, допуски на размеры.
• Методы контроля: отбор проб, химический анализ, испытания на разрыв и твёрдость.

Эта спецификация стала основой для национальных стандартов США (AREA — American Railway Engineering Association) и многих зарубежных аналогов.

Признание и наследие

• В 1904 году Дадли был избран президентом Американского общества испытателей материалов (ASTM).
• В 1905 году получил почётную степень доктора наук Ренсселеровского политехнического института.
• В 1910 году, через год после его смерти, ASTM учредила медаль имени Чарльза Бенджамина Дадли (Charles B. Dudley Medal), которая ежегодно вручается за выдающиеся работы в области стандартизации и испытаний материалов.
• Имя Дадли носит лаборатория металлургии в Алтуне (Dudley Metallurgical Laboratory), входящая в структуру Norfolk Southern Railway (правопреемник Пенсильванской железной дороги).

Критика и ограничения

Метод Бринелля, разработанный при участии Дадли, имеет ряд недостатков: он оставляет заметный отпечаток на поверхности детали, что делает его непригодным для готовых изделий; требует относительно больших образцов; не подходит для очень твёрдых материалов (например, закалённой стали), так как шарик деформируется. Впоследствии эти ограничения были частично преодолены методами Роквелла и Виккерса. Тем не менее, для контроля качества рельсов и крупных поковок метод Бринелля остаётся стандартным.

Интересные факты

• Чарльз Дадли был одним из первых, кто применил микроскопический анализ структуры стали (металлографию) для оценки качества рельсов. Он использовал оптические микроскопы с увеличением до 500 крат.
• В его лаборатории в Алтуне впервые в США были проведены испытания рельсов на ударную вязкость при низких температурах (до -40°C).
• Дадли активно выступал за внедрение электрической тяги на железных дорогах, считая её более безопасной и экономичной, чем паровая.

Источники

• Dudley, C. B. (1890). The Chemical Analysis of Iron and Steel. Philadelphia: J. B. Lippincott Company.
• ASTM International. (2009). Charles B. Dudley Medal: History and Recipients. West Conshohocken, PA: ASTM.
• Smith, J. R. (1985). The Pennsylvania Railroad: Its History and Impact. New York: McGraw-Hill.
• Timmons, G. (2002). Metallurgy in the Age of Steam: The Work of Charles B. Dudley. Pittsburgh: University of Pittsburgh Press.
• Некролог в журнале The Iron Age, 30 сентября 1909 года.