Роберт Хэдфилд

Роберт Хэдфилд (англ. Robert Hadfield; 28 ноября 1858, Шеффилд — 30 сентября 1940, Суррей) — британский металлург и изобретатель, наиболее известный открытием в 1882 году марганцовистой стали (стали Гадфильда) — первого коммерчески успешного сплава с высоким содержанием марганца, обладающего уникальной износостойкостью и способностью к упрочнению под ударными нагрузками. Также внёс вклад в разработку кремнистой стали для трансформаторов и других электротехнических применений.

Биография

Ранние годы и образование

Родился в Шеффилде в семье, владевшей сталелитейным заводом Hadfields Steel Foundry Company. Его отец, Роберт Хэдфилд-старший, был владельцем литейного производства. С детства интересовался химией и металлургией. Окончил Шеффилдскую школу, затем изучал металлургию в Королевском колледже науки (Лондон) и в Шеффилдском университете (тогда — Ферт-колледж).

Карьера и изобретения

В 1882 году, работая на семейном заводе, Хэдфилд провёл серию экспериментов по легированию стали марганцем. В то время считалось, что марганец делает сталь хрупкой, однако Хэдфилд обнаружил, что при содержании марганца около 12–14 % и специальной термической обработке (закалке с температуры около 1000 °C) сплав приобретает исключительную вязкость и способность к поверхностному упрочнению при ударах. В 1883 году он запатентовал этот сплав (патент Великобритании № 200/1883).

В 1884 году Хэдфилд представил марганцовистую сталь на Международной выставке в Лондоне, где она получила высокую оценку. В 1885 году он основал компанию Hadfields Limited, которая начала промышленное производство сплава. В 1890-х годах Хэдфилд разработал кремнистую сталь (с содержанием кремния около 3–4 %), которая обладала низкими магнитными потерями и стала ключевым материалом для сердечников трансформаторов и электродвигателей.

Поздние годы и признание

В 1905 году Хэдфилд был избран членом Лондонского королевского общества (FRS). В 1917 году получил рыцарское звание. В 1930-х годах он активно занимался благотворительностью, финансировал исследования в области металлургии и материаловедения. Умер в 1940 году в возрасте 81 года.

Научные и инженерные достижения

Марганцовистая сталь (сталь Гадфильда)

Основное изобретение Хэдфилда — аустенитная сталь с содержанием марганца 12–14 % и углерода 1–1,2 %. После закалки с температуры 1000–1050 °C сплав имеет однофазную аустенитную структуру, которая при пластической деформации (ударах, сжатии) превращается в мартенсит, что резко повышает твёрдость поверхности (до 550–600 HB) при сохранении вязкой сердцевины. Ключевые свойства:

• Высокая износостойкость при ударных нагрузках.
• Нечувствительность к абразивному изнашиванию в условиях трения качения.
• Немагнитность в исходном состоянии (после закалки).
• Сложность механической обработки (требует специального инструмента и режимов).

Применение: стрелочные переводы и крестовины железных дорог, дробильные щёки и конусы, гусеничные траки, ковши экскаваторов, броня для военной техники, а также детали горнодобывающего оборудования.

Кремнистая сталь

В 1900 году Хэдфилд запатентовал кремнистую сталь (около 3–4 % Si, 0,05–0,1 % C), которая после отжига приобретала крупнозернистую структуру с низкой коэрцитивной силой и высоким удельным электрическим сопротивлением. Это позволило снизить потери на вихревые токи и гистерезис в трансформаторах. Сплав стал основой для электротехнических сталей, используемых до сих пор.

Другие разработки

Хэдфилд также исследовал влияние хрома, никеля, вольфрама и молибдена на свойства стали, но его главные достижения связаны с марганцем и кремнием. Он предложил методы термической обработки, включая закалку в воде для марганцовистой стали, и разработал технологию литья крупных деталей из этого сплава.

Влияние на промышленность

Изобретения Хэдфилда радикально изменили горнодобывающую, железнодорожную и военную промышленность. Марганцовистая сталь позволила увеличить срок службы дробильного оборудования в 5–10 раз по сравнению с обычной сталью. Кремнистая сталь обеспечила массовое производство эффективных трансформаторов, что способствовало развитию электрификации. Компания Hadfields Limited стала одним из крупнейших в мире производителей специальных сталей.

Критика и споры

Некоторые современники Хэдфилда оспаривали приоритет открытия марганцовистой стали, указывая на более ранние работы французского металлурга Пьера Эмиля Мартена (1870-е годы) и немецкого инженера Адольфа Мартенса (1880-е годы). Однако именно Хэдфилд впервые довёл сплав до промышленного применения и запатентовал его. В современных источниках признаётся, что Хэдфилд систематизировал и оптимизировал состав, а также разработал термическую обработку, обеспечившую практическую ценность сплава.

Интересные факты

• Марганцовистая сталь часто называется «сталью Гадфильда» (Hadfield steel) в англоязычной литературе, а в русскоязычной — «сталью Гадфильда» или «марганцовистой сталью».
• Хэдфилд был известен своей страстью к коллекционированию образцов сталей и сплавов; его коллекция насчитывала более 2000 экспонатов.
• В 1912 году он основал стипендиальный фонд для студентов-металлургов в Шеффилдском университете.

Источники

• Hadfield, R. A. (1888). «On the Properties of Manganese Steel». Journal of the Iron and Steel Institute.
• Hadfield, R. A. (1900). «Silicon Steel». Transactions of the American Institute of Electrical Engineers.
• Tweedale, G. (1987). «The Sheffield Steel Industry and its Allied Trades». Sheffield Academic Press.
• «Sir Robert Hadfield: Metallurgist and Inventor». Nature, 1940, Vol. 146, pp. 487–488.
• Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона (статья «Гадфильд, Роберт»).