Stal 40HM – skład, właściwości, obróbka cieplna i zastosowanie

Czym jest stal 40HM i do jakiej grupy należy?

Stal 40HM to stopowa stal konstrukcyjna chromowo-molibdenowa przeznaczona do ulepszania cieplnego, charakteryzująca się zawartością około 0,38-0,45% węgla, około 1% chromu i dodatkiem molibdenu rzędu 0,15-0,30%. W praktyce warsztatowej i handlowej jest zestawiana z europejskim gatunkiem 42CrMo4 oraz numerem materiału 1.7225 (klasyfikacja wg PN-EN ISO 683-2:2018).

Zanim jednak ktokolwiek wpisze „40HM” w zamówieniu, warto zrozumieć, co właściwie kupuje. Nazwa pochodzi ze starego polskiego systemu oznaczeń: liczba 40 to średnia zawartość węgla w setnych częściach procenta, litera H oznacza chrom, M – molibden. Prosty kod, który mówi o materiale więcej niż większość kart katalogowych.

Do jakiej grupy stali zalicza się 40HM?

40HM należy do stali stopowych konstrukcyjnych do ulepszania cieplnego, czyli grupy przeznaczonej do hartowania z następującym po nim wysokim odpuszczaniem. To nie jest ani stal narzędziowa, ani nierdzewna, ani sprężynowa. Jej rola to przenoszenie obciążeń.

• Stal stopowa – suma dodatków stopowych przekracza progi stali węglowej, co zmienia kinetykę przemian i przesuwa krzywe CTP w prawo.
• Konstrukcyjna, nie narzędziowa – projektowana pod wytrzymałość i ciągliwość, a nie pod odporność na ścieranie krawędzi skrawającej jak NC11LV.
• Do ulepszania cieplnego – pełnię własności osiąga dopiero po hartowaniu i wysokim odpuszczaniu, zgodnie z zakresem EN 10083-3:2006.
• Nie jest nierdzewna – zawartość chromu około 1% to zdecydowanie za mało wobec progu ~10,5% wymaganego dla stali odpornych na korozję typu 1.4301.
• Dostępna w wielu formach – pręty ciągnione i walcowane, wałki szlifowane, odkuwki swobodne, pierścienie kute, rzadziej blachy grube.

Dlaczego nazwa handlowa to za mało przy zamówieniu?

Bo „40HM” bywa etykietą magazynową, a nie potwierdzeniem normy. Z zamówień, które prowadziłem dla zakładów obróbki skrawaniem, wynika prosta reguła: liczy się numer wytopu, stan dostawy i norma na atecie, a nie napis na przywieszce. Widziałem pręty sprzedawane jako 40HM, które w atescie miały 42CrMoS4 – gatunek z podwyższoną siarką, znacznie gorzej się spawający.

“Techniczne warunki dostawy dla stali stopowych do hartowania i odpuszczania określają zarówno zakresy składu chemicznego, jak i wymagane własności mechaniczne w zależności od przekroju wyrobu.” — EN 10083-3, Steels for quenching and tempering, 2006

Przy projektach odpowiedzialnych zawsze proszę o atest 3.1 według EN 10204. Kosztuje niewiele, a rozstrzyga spory.

Jaki jest skład chemiczny stali 40HM?

Skład 40HM w przybliżeniu odpowiada gatunkowi 42CrMo4: 0,38-0,45% C, 0,90-1,20% Cr, 0,15-0,30% Mo, 0,60-0,90% Mn, do 0,40% Si oraz ograniczone P i S (zwykle maks. 0,025-0,035%). Dokładne zakresy podaje norma materiałowa – PN-EN ISO 683-2:2018 dla stali do obróbki cieplnej lub EN 10083-3:2006.

Te kilka procent decyduje o wszystkim. Węgiel daje twardość po hartowaniu, chrom przesuwa hartowność w głąb przekroju, molibden ratuje własności w dużych średnicach.

Jaką rolę pełnią chrom i molibden w 40HM?

Chrom zwiększa hartowność i odporność na zużycie, molibden ogranicza kruchość odpuszczania i poprawia własności w większych przekrojach (źródło: EN 10083-3, 2006). Bez molibdenu 40HM byłaby zwykłą stalą chromową typu stal 40H – tańszą, ale gorzej znoszącą wolne chłodzenie po odpuszczaniu.

• Węgiel 0,38-0,45% – określa maksymalną twardość martenzytu; przy ok. 0,40% C osiąga się po hartowaniu w rdzeniu rzędu 55-58 HRC.
• Chrom 0,90-1,20% – opóźnia przemianę perlityczną, dzięki czemu martenzyt powstaje nawet przy chłodzeniu w oleju, nie tylko w wodzie.
• Molibden 0,15-0,30% – kluczowy przy odpuszczaniu w zakresie 450-550°C, gdzie stale chromowe bez Mo bywają podatne na kruchość odpuszczania.
• Mangan 0,60-0,90% – dodatkowo podnosi hartowność i wiąże siarkę w mniej szkodliwe siarczki manganu.
• Fosfor i siarka – traktowane jako zanieczyszczenia; ich obniżenie poprawia udarność i przydatność do spawania.
• Krzem do 0,40% – pozostałość po odtlenianiu, nieznacznie podnosi granicę plastyczności.

Czy 40HM jest odporna na korozję?

Nie. Mimo obecności chromu 40HM rdzewieje jak zwykła stal konstrukcyjna, ponieważ do wytworzenia pasywnej warstwy tlenku chromu potrzeba minimum około 10,5% Cr – poziomu spotykanego w gatunkach takich jak 1.4301. W 40HM chromu jest dziesięć razy mniej i pełni on wyłącznie funkcję metalurgiczną.

W praktyce oznacza to konieczność zabezpieczenia: olejowanie przy magazynowaniu, cynkowanie lub fosforanowanie śrub, azotowanie albo chromowanie twarde na czopach wałów. Wałek 40HM zostawiony w wilgotnej hali potrafi zaatakować rdzą po kilku dniach.

Jakie właściwości mechaniczne ma stal 40HM po ulepszaniu cieplnym?

Po ulepszaniu cieplnym (stan +QT) 40HM osiąga typowo Rm w zakresie 900-1100 MPa, granicę plastyczności Re powyżej 650-750 MPa, wydłużenie A około 10-12% oraz udarność KV rzędu 35-45 J w temperaturze pokojowej. Wartości maleją wraz ze wzrostem średnicy – dla przekrojów powyżej 100 mm należy przyjmować dolne granice według EN 10083-3.

Od czego zależy wytrzymałość 40HM?

Przede wszystkim od średnicy przekroju i temperatury odpuszczania. Im grubszy element, tym wolniej chłodzi się rdzeń, tym mniej martenzytu i niższa wytrzymałość. To zjawisko nazywa się przewiększeniem przekroju i konstruktorzy notorycznie je pomijają.

• Średnica do 16 mm – najwyższe wartości katalogowe, Rm często 1100-1300 MPa przy niskim odpuszczaniu.
• Średnica 40-100 mm – typowy zakres warsztatowy, Rm zwykle 900-1100 MPa przy dobrej udarności.
• Średnica powyżej 160 mm – hartowność 40HM przestaje wystarczać, rdzeń pozostaje bainityczno-perlityczny, spadek Re bywa 20-30%.
• Stan dostawy +A (wyżarzony) – twardość zwykle poniżej 241 HB, materiał miękki, przeznaczony do obróbki i późniejszego hartowania.
• Stan dostawy +QT – materiał gotowy, twardość zwykle 240-320 HB, brak potrzeby dalszej obróbki cieplnej.

Z mojej praktyki: gdy konstruktor projektuje wał fi 180 mm i wpisuje wymagania Rm 1000 MPa w rdzeniu, mamy problem. Wtedy rozmowa idzie w stronę 34CrNiMo6.

Czy 40HM nadaje się na części obciążone dynamicznie?

Tak – to wręcz jej główne przeznaczenie. Kombinacja wysokiej granicy plastyczności z zachowaną udarnością sprawia, że gatunek dobrze znosi obciążenia zmienne i udarowe, czego nie zapewnia zwykła stal C45. Parametrem krytycznym jest tu KV, nie sama twardość.

Przy elementach pracujących zmęczeniowo dodaję jeszcze jeden warunek: jakość powierzchni. Karb po toczeniu zgrubnym potrafi obniżyć trwałość zmęczeniową wału bardziej niż różnica gatunku między 40HM a C45.

Jak wygląda hartowanie, odpuszczanie i ulepszanie cieplne 40HM?

Obróbka 40HM to trzy kroki: austenityzowanie w zakresie zwykle 830-870°C, hartowanie w oleju (dla dużych przekrojów czasem w polimerze lub wodzie z dodatkami), a następnie odpuszczanie w 540-680°C dobrane do wymaganej twardości. Konkretne temperatury zawsze weryfikuj z normą i dokumentacją materiałową dostawcy – nie z forum internetowego.

Jak dobrać temperaturę odpuszczania do wymaganej twardości?

Zasada jest liniowa i prosta: każde 50°C wyżej to spadek twardości o mniej więcej 30-50 HB. Poniżej orientacyjna mapa, którą stosuję jako punkt wyjścia przed próbą na wytopie.

Tabela ma charakter orientacyjny – wartości sprawdzone wobec typowych danych dla 42CrMo4 wg EN 10083-3 (2006). Przy produkcji seryjnej zawsze zlecam próbę na jednym detalu i pomiar twardości przed puszczeniem partii.

Czym różni się normalizowanie od wyżarzania zmiękczającego?

Normalizowanie (ok. 850-880°C, chłodzenie w powietrzu) ujednorodnia strukturę po kuciu i przygotowuje materiał do dalszej obróbki. Wyżarzanie zmiękczające prowadzi się niżej, w okolicach 680-720°C, i celem jest sferoidyzacja cementytu oraz obniżenie twardości poniżej 241 HB przed skrawaniem.

1. Wyżarzanie ujednorodniające – dla odkuwek o dużej segregacji, długie wygrzewanie, rzadko stosowane w typowej produkcji.
2. Normalizowanie – po kuciu lub spawaniu, usuwa gruboziarnistość i naprężenia z pracy na gorąco.
3. Wyżarzanie zmiękczające – przed obróbką skrawaniem materiału twardszego niż zakłada technologia.
4. Hartowanie – austenityzacja plus szybkie chłodzenie w oleju, uzyskanie martenzytu.
5. Odpuszczanie – bezpośrednio po hartowaniu, nie odkładać na następny dzień; ryzyko pęknięć hartowniczych rośnie z każdą godziną.
6. Wyżarzanie odprężające – po obróbce skrawaniem elementów smukłych, zwykle 550-600°C poniżej temperatury odpuszczania.

Czy 40HM można azotować?

Tak, choć nie jest to gatunek azotowany klasycznie jak 33H3MF czy 31CrMoV9. Molibden i chrom tworzą azotki, więc warstwa azotowana o twardości rzędu 550-650 HV jest osiągalna. Warunek: azotowanie musi odbywać się poniżej temperatury odpuszczania rdzenia, inaczej stracimy własności uzyskane w ulepszaniu.

Gdzie stosuje się stal 40HM w praktyce?

40HM trafia głównie na elementy maszyn przenoszące duże obciążenia mechaniczne: wały napędowe, osie, sworznie, śruby wysokiej wytrzymałości klas 8.8-10.9, tuleje, korbowody, wieńce i koła zębate w przekładniach przemysłowych. Wybiera się ją wszędzie tam, gdzie hartowność C45 okazuje się niewystarczająca dla danego przekroju.

Jakie konkretne części wykonuje się z 40HM?

• Wały korbowe i napędowe – przekroje 60-140 mm, stan +QT ok. 280-320 HB, czopy często dodatkowo hartowane indukcyjnie.
• Śruby i szpilki wysokiej wytrzymałości – klasa 10.9 wymaga Rm min. 1000 MPa, co 40HM osiąga bez problemu w średnicach M12-M36.
• Koła zębate przekładni przemysłowych – moduły 4-12, ulepszane w rdzeniu, uzębienie hartowane powierzchniowo.
• Sworznie i trzpienie w maszynach budowlanych – koparki, ładowarki, elementy pracujące na docisk i ścinanie.
• Wrzeciona i tuleje obrabiarek – gdzie liczy się sztywność, stabilność wymiarowa i odporność na obciążenia zmienne.
• Elementy armatury wysokociśnieniowej – korpusy zaworów, trzpienie, po obowiązkowym potwierdzeniu udarności w niskiej temperaturze.
• Narzędzia do obróbki plastycznej na zimno – matryce o umiarkowanych wymaganiach, gdzie stal narzędziowa byłaby przesadą kosztową.

Obserwuję regularnie, że w warsztatach 40HM zastępuje C45 „na wszelki wypadek”. To kosztuje – materiał jest zwykle o 40-60% droższy, a przy cienkich detalach różnica własności jest pomijalna. Dane cenowe warto weryfikować bieżąco u dostawców; stan sprawdzony: lipiec 2026.

Jakie są odpowiedniki 40HM według EN, DIN, AISI i W.Nr?

40HM odpowiada najczęściej gatunkowi 42CrMo4 (EN 10083-3), numerowi materiału 1.7225 według W.Nr, oznaczeniu AISI/SAE 4140 oraz dawnemu polskiemu zapisowi PN-89/H-84030. Zestawienie potwierdzają branżowe katalogi odpowiedników typu Stahlschlüssel (Key to Steel) – przy zastosowaniach odpowiedzialnych zgodność zawsze weryfikuj atestem konkretnej dostawy.

Jak wygląda tabela odpowiedników?

Szczegółowe zasady przekładania kodów opisuję w materiale o oznaczeniach stali PN EN DIN AISI W.Nr.

Czy odpowiednik oznacza zamienność?

Nie, i to najczęstsze nieporozumienie w branży. Odpowiednik oznacza zbliżony skład chemiczny, natomiast zamienność wymaga zgodności własności mechanicznych po obróbce, stanu dostawy, klasy czystości metalurgicznej i dopuszczenia w dokumentacji konstrukcyjnej.

“Zestawienia odpowiedników międzynarodowych służą do orientacyjnego doboru materiału; ostateczna zgodność musi zostać potwierdzona wymaganiami normy wyrobu i świadectwem odbioru.” — Stahlschlüssel (Key to Steel), pozycja 1.7225 / 42CrMo4

40HM a 42CrMo4 – czy to ten sam gatunek?

To praktycznie ten sam materiał, ale nie automatycznie ta sama pozycja zamówieniowa. 40HM jest polskim oznaczeniem historycznym, 42CrMo4 – obowiązującym gatunkiem europejskim opisanym w EN 10083-3:2006 oraz PN-EN ISO 683-2:2018. Różnice pojawiają się w dopuszczalnych zakresach pierwiastków oraz wymaganiach dotyczących hartowności i udarności.

Gdzie leżą realne różnice?

• Zakres węgla – stare PN dopuszczało nieco inny przedział niż EN; przy górnej granicy rośnie ryzyko pękania przy hartowaniu.
• Wymagania hartowności – warianty +H i +HH w EN definiują pasma Jominy’ego, czego dawne oznaczenie 40HM nie precyzowało.
• Czystość metalurgiczna – nowoczesne wytopy mają niższe P i S, co bezpośrednio poprawia udarność.
• Stan dostawy – EN precyzyjnie koduje +A, +N, +QT, +AC; napis „40HM” sam w sobie nie mówi nic o stanie.
• Dokumentacja – dla wyrobu według EN otrzymasz świadectwo z konkretnymi wartościami Rm, Re, A i KV dla danego przekroju.

Szerzej o samym gatunku europejskim piszę w karcie stal 42CrMo4.

Co wpisać w dokumentacji technicznej?

Wpisuj oznaczenie EN, czyli 42CrMo4 z numerem 1.7225, plus wymagany stan dostawy i normę. Zapis typu „42CrMo4 +QT wg EN 10083-3, atest 3.1 wg EN 10204″ nie pozostawia miejsca na interpretację. Samo „40HM” na rysunku z 2026 roku to zaproszenie do reklamacji.

Kiedy wybrać 40HM zamiast 40H, C45 lub 34CrNiMo6?

40HM wybieraj przy przekrojach 40-160 mm i obciążeniach zmiennych, gdzie C45 nie przehartuje się w rdzeniu, a 34CrNiMo6 byłaby przepłaceniem. Poniżej 30 mm często wystarczy C45; powyżej 160 mm albo przy wymaganej udarności w ujemnych temperaturach sięgaj po gatunki niklowo-chromowo-molibdenowe.

Jak wypada porównanie gatunków?

Czym różni się 40HM od 40H w praktyce?

Różnicę robi molibden. 40H (41Cr4) przy odpuszczaniu w zakresie 450-550°C i powolnym chłodzeniu bywa podatna na kruchość odpuszczania – udarność potrafi spaść o połowę bez widocznej zmiany twardości. 40HM tej pułapki w dużej mierze unika, a dodatkowo utrzymuje własności w grubszych przekrojach.

W kalkulacji kosztowej 40H bywa tańsza o kilkanaście procent. Dla wałka fi 40 mm to sensowna oszczędność. Dla wału fi 120 mm – fałszywa.

Jakie błędy popełnia się przy zakupie i obróbce 40HM?

Najczęstsze błędy to zamówienie bez określenia stanu dostawy, kopiowanie parametrów obróbki cieplnej z małych próbek na duże wały, pominięcie procedury spawalniczej oraz brak atestu 3.1. Każdy z nich kończy się albo brakiem założonych własności, albo pęknięciem elementu w eksploatacji.

Na co uważać przy zamawianiu?

1. Określ stan dostawy – +A, +N czy +QT. Materiał w +QT o twardości 320 HB potrafi zniszczyć technologię obróbki zaplanowaną dla stanu wyżarzonego.
2. Zażądaj atestu 3.1 według EN 10204 – z numerem wytopu, składem i własnościami dla danego przekroju.
3. Sprawdź, czy to nie wariant siarkowy – 42CrMoS4 bywa sprzedawany jako 40HM, a jego spawalność jest wyraźnie gorsza.
4. Uwzględnij naddatek na obróbkę cieplną – odkształcenia przy hartowaniu wału fi 100 potrafią sięgnąć kilku dziesiątych milimetra.
5. Zapytaj o kierunek włókien w odkuwkach – udarność w poprzek włókien bywa istotnie niższa niż wzdłuż.
6. Nie spawaj bez procedury – 40HM wymaga podgrzewania wstępnego (zwykle 250-350°C) i obróbki cieplnej po spawaniu; bez tego strefa wpływu ciepła pęka.

Zdarzyło mi się prowadzić sprawę pękniętego sworznia, w którym przyczyną okazało się odpuszczanie w 480°C – dokładnie w strefie ryzyka kruchości. Twardość zgadzała się z rysunkiem. Udarność – nie, bo nikt jej nie mierzył. Szczegóły procesu opisuję w materiale o ulepszaniu cieplnym stali.

Treść ma charakter techniczno-informacyjny i nie zastępuje konsultacji z inżynierem materiałoznawcą ani obowiązujących norm wyrobu. Dobór materiału do elementów odpowiedzialnych powinien opierać się na aktualnym wydaniu normy i dokumentacji konstrukcyjnej.

Najczęściej zadawane pytania

Czy stal 40HM to to samo co 42CrMo4?

W praktyce 40HM jest traktowana jako polski odpowiednik stali 42CrMo4 i materiału 1.7225. Przy projektach technicznych trzeba jednak porównać konkretną normę, zakres składu oraz wymagane własności z atestu. W nowej dokumentacji wpisuj oznaczenie EN, nie historyczne PN.

Czy 40HM jest stalą nierdzewną?

Nie. 40HM zawiera około 1% chromu, czyli wielokrotnie mniej niż próg ~10,5% wymagany dla stali odpornych na korozję. Gatunek wymaga zabezpieczenia: olejowania w magazynie, powłok galwanicznych, malowania lub azotowania powierzchni.

Jaką twardość można uzyskać na 40HM?

Bezpośrednio po hartowaniu twardość sięga 55-58 HRC, ale to stan roboczo nieużyteczny ze względu na kruchość. Po odpuszczaniu w zakresie 540-680°C uzyskuje się typowo 220-340 HB. Konkretną wartość ustala się według normy lub dokumentacji części, a potwierdza pomiarem na detalu.

Do czego najczęściej używa się stali 40HM?

Na elementy maszyn obciążone mechanicznie: wały, osie, sworznie, śruby klasy 8.8-10.9, tuleje i części przekładni. Wybiera się ją tam, gdzie C45 ma zbyt małą hartowność dla danego przekroju, zwykle powyżej 30-40 mm średnicy.

Czy 40HM dobrze się obrabia skrawaniem?

W stanie zmiękczonym lub normalizowanym obrabialność jest dobra jak na stal stopową – twardość poniżej 241 HB pozwala pracować standardowymi płytkami węglikowymi. Po ulepszaniu cieplnym do 300-340 HB obróbka wymaga sztywnego mocowania, mniejszych posuwów i kontroli naprężeń, żeby detal nie „zszedł” po zdjęciu z uchwytu.

Czy stal 40HM można spawać?

Tak, ale tylko według procedury dla stali ulepszanych cieplnie, z podgrzewaniem wstępnym rzędu 250-350°C i kontrolowanym chłodzeniem. Zwykle konieczne jest też odprężanie lub ponowna obróbka cieplna po spawaniu. Bez procedury WPS rośnie ryzyko pęknięć zimnych w strefie wpływu ciepła.

Jaki jest maksymalny przekrój, przy którym 40HM ma sens?

Praktyczna granica to około 160 mm średnicy przy chłodzeniu w oleju. Powyżej tej wartości rdzeń nie przehartowuje się w wystarczającym stopniu i spadek własności bywa 20-30% wobec wartości powierzchniowych. Dla większych gabarytów sięga się po 34CrNiMo6 lub gatunki niklowo-molibdenowe.

Czym różni się 42CrMo4 od 42CrMoS4?

Litera S oznacza podwyższoną, kontrolowaną zawartość siarki (zwykle 0,020-0,040%) poprawiającą obrabialność. Materiał lepiej się toczy i wierci, ale ma niższą udarność w poprzek włókien i gorszą spawalność. Do elementów spawanych wybieraj wariant bez S, numer materiału 1.7225.

Źródła i literatura

1. PN-EN ISO 683-2:2018 – Stale do obróbki cieplnej, stale stopowe i stale automatowe. Część 2: Stale stopowe do ulepszania cieplnego.
2. EN 10083-3:2006 – Steels for quenching and tempering. Part 3: Technical delivery conditions for alloy steels.
3. EN 10204 – Wyroby metalowe. Rodzaje dokumentów kontroli (podstawa dla atestu 3.1).
4. Stahlschlüssel (Key to Steel) – zestawienie oznaczeń i odpowiedników międzynarodowych, pozycja 1.7225 / 42CrMo4. Wydanie do weryfikacji przy bieżącym doborze.
5. Total Materia – baza danych materiałowych, karty gatunków 42CrMo4 / 1.7225 / AISI 4140. Dostęp wymaga subskrypcji; dane do weryfikacji wobec aktualnej normy.
6. Dokumentacja techniczna i świadectwa odbioru dostawców stali – dane handlowe i dostępność sprawdzane cyklicznie; stan: lipiec 2026.

inż. Paweł Sokołowski

Inżynier metalurg z ponad 15-letnim doświadczeniem w laboratorium badań materiałowych i dziale kontroli jakości stali. Na co dzień zajmuje się badaniami własności mechanicznych, analizą składu chemicznego wytopów i oceną zgodności gatunków z normami PN-EN. Współpracował z hutami, kuźniami i zakładami obróbki cieplnej przy doborze stali do zastosowań konstrukcyjnych i narzędziowych. Na Gatunkistali.pl porządkuje wiedzę o gatunkach stali i stopów – od oznaczeń i odpowiedników po praktyczne porównania.