Едґар Коллінз Бейн (; 14 вересня 1891, с. ЛяРу, округ Меріон, штат Огайо — 27 листопада 1971, Еджворс, Пенсільванія) — визначний американський металург, металознавець, член Національної академії наук.
Ранні роки Едгар Коллінз Бейн народився 14 вересня 1891 поблизу , (округ Меріон) як друга дитина Мілтона Генрі і Еліс Енн Коллінз Бейн. Предки його батька емігрували до США в 1832 з міста Данді у Шотландії. Батько був фермером, а також спільно з братами власником універсального магазину в містечку Меріон. Мати викладала в маленькій сільській школі математику. З раннього дитинства Едгар виявив зацікавлення музикою й майструванням. Він так глибоко захопився фотографією та мікроскопією, що вони супроводжували його протягом усього життя не тільки як гобі, але й у наукових металографічних дослідженнях.
Освіта Як і багато його сучасників (наприклад, видатний український металознавець І.Фещенко-Чопівський) Бейн прийшов до свого фаху — металургії та металознавства — з хімії. Після навчання у школах Маріону він вступив до Університету штату Огайо (Ohio State University) в Колумбусі на факультет хімічної інженерії. Зі спогадів БейнаBain, Edgar C. Pioneering in Steel Research: A Personal Record. — Metals Park OH: American Society for Metals, 1975. там на початку зими 1910 року відбулася подія, яка мала визначальний вплив на вибір фаху. На занятті з металургії сталі й чавуну професор Лорд демонстрував слайди структур, які він щойно отримав з-за кордону. На одному з них була зображена структура перліту евтектоїдної сталі, отримана за допомогою металографічного мікроскопу, який працює у відбитому від поверхні мікрошліфа світлі. Це стало вражаючим одкровенням для Бейна, оскільки він не був знайомий з такою методикою мікроскопічного дослідження непрозорих об'єктів у відбитому світлі, й утвердило його у намірі працювати в галузі мікроскопії металів.
Отримавши в 1912 році ступінь бакалавра, Бейн спочатку працював у Геологічній службі США, а згодом — у Національному бюро стандартів (National Bureau of Standards), де проводив рутинний хімічний аналіз портландцементу для Панамського каналу. У серпні 1915 року декан факультету хімічної інженерії Університету штату Огайо др. Джеймс Р. Вітроу запропонував йому стипендію для навчання на магістерському рівні, на що він з радістю погодився. Темою магістерської роботи було визначення густини кристалів, отриманих з амальгам лужних металів в електролітичному апаратіEdgar C. Bain, James R. Withrow. The relative densities of alkali-metal amalgams and mercury. Journal of Physical Chemistry, 1921. — 25. — P. 535—544.. Рівночасно з науковою роботою Бейн прослухав лекційний та лабораторний курси з металографії Ерла Сміта, навчився виготовляти металографічні зразки та досліджувати їх мікроструктуру.
До весни 1916 року стало зрозумілим, що йому не вистачає кредитних годин для отримання ступеня магістра, так що професор Вітроу забезпечив йому продовження навчання на наступний навчальний рік. Дещо пізніше професор Ковалке, завідувач кафедри хімічної технології в Університеті Вісконсина, попросив Вітроу порекомендувати молодого спеціаліста, котрий зміг би асистувати йому на посаді інструктора при викладанні металургії та пірометрії. Вітроу рекомендував Бейна, який, проте, сумнівався, чи вистачить йому знань. Тоді професор порадив йому прослухати інтенсивні літні курси з цих дисциплін в Колумбійському університеті. Після завершення літніх курсів під керівництвом професора Вільяма Кемпбелла Бейн впевнено розпочав роботу інструктора у Вісконсині. У цьому ж часі йому був присвоєний ступінь магістра. Після завершення навчального року у Вісконсині, який виявився цікавим і корисним, він отримав запрошення на наступний рік, протягом якого планував завершити роботу над докторською дисертацією.
Разом з тим він хотів продовжити співпрацю з компанією BF Goodrich, для якої влітку він досліджував великі котли на одному з її заводів. Ця компанія запропонувала йому постійне місце праці в науково-дослідній лабораторії з перспективою виконання цікавих досліджень. Тому він вирішив відкласти свою наукову роботу і, звільнившись з університету Вісконсина, погодився на цю пропозицію. Один з проектів, над яким він працював у лабораторії, полягав у створенні досконаліших протигазів. Коли вибухнула Перша світова війна, він намагався потрапити в артилерію чи авіацію, проте був призваний до армії як лейтенант у хімічні війська.
Професійна та наукова діяльність
Після закінчення війни він розпочав свою фахову діяльність у галузі металургії в Клівленді на заводі з виготовлення дроту для електричних ламп розжарювання компанії General Electric. Там він займався дослідницькою роботою під керівництвом Зея Джеффріса, зокрема досліджував механізм і кінетику вигоряння ниток вольфрамового дроту. Для цього він використав високошвидкісну фотореєстрацію (700 кадрів за секунду). Захист звіту з цього дослідження став підставою для присвоєння Бейну Університетом штату Огайо у 1919 звання доктора філософії (Ph.D.). Оскільки Джефріса цікавило явище росту зерен у металах, особливо у швидкорізальних сталях, з яких виготовляли волоки для волочіння вольфрамового дроту, він запропонував Бейну дослідити його.
У 1920 Джеффріс зацікавився рентгенівськими дифракційними дослідженнями, які проводив Альберт Галл () у науково-дослідній лабораторії General Electric в Скенектаді. Бейн відвідав лабораторію, щоб вивчити можливості застосування рентгеноструктурного аналізу для розв'язання металознавчих проблем. Після цих відвідин, зрозумівши перспективність цього методу дослідження, Бейн спроектував і виготовив на базі апаратури Галла рентгенівський дифрактометр і розпочав серію піонерських досліджень кристалічної структури твердих розчинів. У своїх перших опублікованих (1921) статтяхStudies of crystal structure with X-rays. Chem. Metall. Eng., 1921. — 25. — P. 657-64.,What the X-ray tells us about the structure of solid solutions. Chem. Metall. Eng., 1921. — 25. — P. 729. від надав експериментальні докази розташування атомів розчиненого елемента у кристалічній ґратці елемента-розчинника. Він першим відкрив перетворення Упорядкування-зневпорядкування, унаслідок якого утворюються упорядковані тверді розчини заміщення (надструктури, надґратки), у яких атоми розчиненого елемента упорядковано розташовуються у ґратці розчинника. Результати досліджень сплавів кільканадцяти бінарних систем він підсумував у статті «Природа твердих розчинів»The nature of solid solutions. Chem. Metall. Eng., 1923. — 28. — Р. 21-24.
Унаслідок зростання зацікавлення Бейна сталями на початку 1923 він перейшов на роботу в Atlas Steel Corporation в Данкірку (округ Чотоква) у відділ Головного металурга, який очолював його товариш Маркус Гроссман. Разом з Гроссманом він досліджував природу інструментальних швидкорізальних сталей: вплив легування, режимів термічної обробки, зокрема гартування в оливі. Результати цих досліджень вони періодично публікували у наукових часописах, а їх підсумком стало видання у 1931 монографії"Швидкорізальна сталь"Edgar C. Bain, Marcus A. Grossmann. High Speed Steel. New York: John Wiley & Sons; London: Chapman and Hall, 1931. — ix + 178 pp.
1923 році Atlas Steel Corporation зіткнулася з фінансовими труднощами, і Бейн звернувся до доктора Беккета, президента дослідницької лабораторії Union Carbide and Carbon на Лонг-Айленді з проханням про працевлаштування. У липні 1924 він був зарахований у штат лабораторії, де розпочав систематичні й комплексні дослідження залізо-хромових сплавів, недоліком яких є висока чутливість до домішок. Він встановив, що максимальна розчинність хрому в γ-залізі сягає 13 % і що збільшення вмісту вуглецю розширює температурний інтервал існування стабільного аустенітуThe nature of the alloys of iron and chromium. Trans. Am. Soc.Steel Treat., 1926. — 9. — Р.9-32.,The persistence of austenite at elevated temperatures. Trans. Am. Soc. Steel Treat, 1925. — 8. — Р.14-22.. 1927 разом з В. Гріффітсом він публікує велику статтю «Вступ до залізохромонікелевих сплавів»Edgar C. Bain, William E. Griffiths. An introduction to the iron-chromium-nickel alloys. Trans. Am. Inst. Min. Metall. Eng., 1927. — 75. — Р. 166—211..
На час діяльності в компанії Union Carbide and Carbon Бейн набуває визнання, як один з провідних металургів США. Тому у 1928 році др. Джон Джонстон пропонує йому очолити відділ фізичної металургії в дослідницькій лабораторії United States Steel Corporation. Бейн погоджується й відразу приступає до відбору невеликої групи компетентних працівників. Він продовжує дослідження залізохромонікелевих сплавів, особливо сталей типу 18-8 (~ 18 % Cr, ~ 8 % Ni), які мали широке застосування в промисловості. Вагомий внесок у розуміння природи цих сталей було зроблено публікацією статті «Природа нікельхромових нержавних сталей»Edgar C. Bain, Robert H. Aborn. Nature of the nickel-chromium rustless steels. Trans. Am. Soc. Steel Treat., 1930. — 18. — Р. 837—873.. Істотний недолік цих сталей — міжзеренну (інтеркристаллітну) корозію — Бейн з колегою вперше запропонували подолати мікролегуванням сталі титаном. Тому сучасні нержавні хромонікелеві сталі мікролегують титаном, щоб зробити їх нечутливими до міжзеренної корозії.
Бейн також досліджував структуру аустеніту, його перетворення в мартенсит, форму й періоди елементарної комірки мартенситу. Він запропонував механізм мартенситного перетворення в сталі, який пояснював миттєву деформаційну перебудову гранецентрованої кубічної кристалічної ґратки аустеніту в об'ємноцентровану тетрагональну ґратку мартенситу під час гартування сталіThe nature of martensite. Trans. Am. Inst. Min. Metall. Eng., 1924. — 70. — Р. 25-35. (пізніше його назвали деформацією Бейна); показав, що кількість залишкового аустеніту в загартованій сталі збільшується зі зменшенням швидкості охолодження під час гартування.
У цей період він прийшов до розуміння важливості в процесах термічної обробки сталей часу і температури ізотермічної витримки переохолодженого нижче критичної температури А1 аустеніту. На основі проведених з Е. С. Давенпортом досліджень була опублікована роботаEdgar C. Bain, E. S. Davenport. Transformation of austenite at constant subcritical temperatures. Trans. Am. Inst. Min. Metall. Eng., 1930. — 90. — Р. 117—144., у якій перебіг перетворення аустеніту вперше описувався за діаграмою ТТТ (temperatura-time-transformation). Ця класична робота відразу прояснила кінетику перетворення, спростила ідентифікацію продуктів перетворення (перліт, сорбіт, троостит). Важливим результатом цих досліджень було також відкриття ще однієї структури — продукту проміжного перетворення аустеніту, — яку колеги Бейна у 1934 році назвали на його честь бейнітом.
Адміністративна робота У січні 1935 року Е. Бейн був призначений помічником віце-президента з досліджень і технології Р. Ціммермана, у зв'язку з чим покинув лабораторію і перейшов у головний офіс корпорації в Нью-Йорку. Цим завершився майже 8-річний етап його дослідницької роботи, протягом якого він виконав низку вагомихих досліджень і зробив кілька відкриттів. На новій посаді він виконував різноманітні адміністративні доручення: від планування асигнувань на обладнання й устаткування до консультацій патентному відділу корпорації; від огляду науково-технічних публікацій до організації реклами корпорації.
Наприкінці 1937 року корпорація U.S. Steel створила нову компанію з офісом у Піттсбурзі, завданням якої була координація виробничих функцій між дочірними компаніями корпорації. Др. Цімерман зі своїм підрозділом увійшов до складу новоутвореної компанії. Так що Е. Бейн в травні 1938 року переїхав до Пітсбурга. Крім виконання попередніх обов'язків, тепер він мав координувати науково-дослідну діяльність усіх підрозділів корпорації.