Jaka twardość stali 40HM i 42CrMo4 po hartowaniu?

Krótka odpowiedź: typowe zakresy twardości 40HM i 42CrMo4

Twardość stali 40HM (odpowiednika 42CrMo4 / 1.7225) po samym hartowaniu w oleju mieści się zwykle w okolicach 52-57 HRC, o ile przekrój nie jest zbyt duży, a austenityzowanie prowadzono w rejonie 840-860 °C. Po odpuszczaniu, czyli w stanie ulepszonym cieplnie (+QT), praktyka odbiorowa dla części maszyn to najczęściej 28-45 HRC (ASM Handbook Vol. 4A, 2013).

Prowadzę doradztwo materiałowe od kilkunastu lat i najczęściej powtarzającym się nieporozumieniem w rozmowach z konstruktorami jest właśnie mylenie tych dwóch liczb. Ktoś czyta w katalogu „52-57 HRC” i wpisuje to do zamówienia na wał. Potem dziwi się, że hartownia odmawia albo że wał pęka na pierwszym kołnierzu. Twardość po hartowaniu to stan pośredni, nie stan użytkowy.

Czym różni się stan zahartowany od stanu ulepszonego?

Stan zahartowany to struktura martenzytyczna bez odpuszczania – twarda, mocno naprężona i krucha. Stan ulepszony (+QT) to hartowanie plus odpuszczanie wysokie, dające sorbit o kontrolowanej twardości i dobrej udarności. Różnica między nimi to nie kosmetyka, tylko dwie zupełnie inne charakterystyki pracy elementu.

• Po hartowaniu (bez odpuszczania): ok. 52-57 HRC, naprężenia własne wysokie, udarność KV bardzo niska, ryzyko pęknięć hartowniczych realne.
• Po odpuszczaniu niskim (180-250 °C): ok. 48-52 HRC – stosowane rzadko, głównie do narzędzi pomocniczych i elementów pracujących na docisk.
• Po odpuszczaniu średnim (400-500 °C): ok. 38-45 HRC – sworznie, elementy hydrauliki, trzpienie.
• Po odpuszczaniu wysokim (540-680 °C): ok. 26-36 HRC – klasyczne ulepszanie cieplne wałów, osi, kół zębatych przed nawęglaniem powierzchniowym.
• Stan +A (wyżarzony zmiękczająco): zwykle poniżej 241 HB, czyli mniej więcej poniżej 23 HRC – stan dostawy prętów do dalszej obróbki.

Dlaczego jedna liczba nie wystarczy?

Bo twardość zmierzona na próbce Ø25 mm nijak nie przekłada się na rdzeń wału Ø120 mm. Hartowność 42CrMo4 jest dobra, ale nie nieograniczona. Wymaganie musi wynikać z rysunku, karty materiałowej albo uzgodnionej technologii – nie z tabeli przepisanej z forum. To zresztą zapisuję klientom wprost w specyfikacji: skala pomiaru, zakres, miejsce badania.

Czy 40HM i 42CrMo4 to ten sam gatunek stali?

W praktyce handlowej tak – 40HM według dawnej PN-89/H-84030/04 zestawia się z europejskim 42CrMo4 o numerze materiałowym 1.7225. Pełnej równoważności odbiorowej nie zapewnia jednak sama nazwa: trzeba porównać skład chemiczny, stan dostawy i wymagania mechaniczne według EN ISO 683-2:2018.

Jakie oznaczenia i odpowiedniki funkcjonują na rynku?

Ta sama stal chromowo-molibdenowa krąży po dokumentach pod pięcioma-sześcioma nazwami, zależnie od tego, kto ją kupował i skąd. Poniższa tabela to zestawienie, które sam trzymam w dokumentacji ofertowej.

System	Oznaczenie	Uwagi
PN (stara)	40HM	Polskie oznaczenie stali Cr-Mo do ulepszania cieplnego
EN / PN-EN	42CrMo4	Oznaczenie obowiązujące, wg EN ISO 683-2
W.Nr (DIN)	1.7225	Numer materiałowy, najpewniejszy identyfikator w obrocie EU
AISI / SAE	4140	Odpowiednik handlowy – inne tolerancje składu, nie zawsze zamiennik normowy
Wariant siarkowy	42CrMoS4 / 1.7227	Podwyższona siarka dla skrawalności – inny gatunek, nie mylić
Stan dostawy	+A, +QT, +N	Wyżarzony, ulepszony cieplnie, normalizowany

Czym różni się odpowiednik handlowy od pełnej zgodności normowej?

Odpowiednik handlowy oznacza podobieństwo składu i przeznaczenia, zgodność normowa oznacza spełnienie wszystkich wymagań konkretnej normy odbiorowej. AISI 4140 ma szerszy zakres manganu i inne wymagania na hartowność pasmową niż 42CrMo4 wg EN ISO 683-2. Przy części odpowiedzialnej ta różnica potrafi zadecydować.

• Skład chemiczny: 42CrMo4 to ok. 0,38-0,45% C, 0,90-1,20% Cr, 0,15-0,30% Mo – sprawdzaj wyciąg z wytopu, nie ulotkę handlową.
• Stan dostawy: pręt +QT ma już historię cieplną – ponowne hartowanie zmienia wynik względem materiału +A.
• Wymagania mechaniczne: Rm, Re i KV zależą od klasy grubości wyrobu, a nie tylko od gatunku.
• Hartowność:warianty H (np. 42CrMo4H) mają zdefiniowane pasmo Jominy’ego – to je warto zamawiać przy dużych przekrojach.
• Dokumentacja: atest EN 10204 3.1 z podanym stanem i wynikami badań jest twardym dowodem, nazwa na etykiecie nie jest.

Więcej o samych oznaczeniach zebrałem w karcie 40HM – karta gatunku i odpowiedniki oraz w opisie 42CrMo4 / 1.7225 – właściwości i zastosowanie.

„Wymagania gatunkowe i odbiorowe dla stali do ulepszania cieplnego weryfikuje się względem normy oraz uzgodnionych warunków dostawy, a nie względem samego oznaczenia gatunku.” – CEN, EN ISO 683-2, 2018 (parafraza)

Jaką twardość HRC osiąga 40HM po samym hartowaniu?

Około 52-57 HRC na powierzchni, przy hartowaniu z 840-860 °C w oleju i przekroju do mniej więcej Ø40-60 mm. Górna granica wynika z zawartości węgla: przy 0,38-0,45% C maksymalna twardość martenzytu nie przekracza istotnie 58-60 HRC, niezależnie od dodatków stopowych (ASM Handbook Vol. 4A, 2013).

Kiedy zakres 52-57 HRC jest realny?

Realny jest wtedy, gdy szybkość chłodzenia w mierzonym punkcie przekracza krytyczną dla tego gatunku. W praktyce: pręty do Ø50 mm hartowane w oleju z mieszaniem, detale o zwartej bryle, powierzchnia bez odwęglenia. U klientów regularnie widzę wynik 54-56 HRC na tokarskich próbkach kontrolnych i 44-48 HRC w rdzeniu tego samego pręta Ø90.

1. Sprawdź faktyczny węgiel z wyciągu wytopu – 0,38% i 0,45% to różnica ok. 2-3 HRC na maksimum.
2. Zweryfikuj przekrój w punkcie pomiaru, nie średnicę nominalną pręta wsadowego.
3. Ustal medium: olej hartowniczy, polimer PAG czy woda – i czy kąpiel jest mieszana.
4. Zmierz twardość po zdjęciu warstwy odwęglonej, zwykle 0,3-0,5 mm materiału.
5. Wykonaj minimum 3 punkty pomiarowe i podaj średnią oraz rozrzut, nie pojedynczy odczyt.

Dlaczego sam wynik po hartowaniu nie wystarcza do odbioru części?

Bo stan zahartowany jest kruchy i naprężony – pęknięcie hartownicze albo pęknięcie opóźnione potrafi ujawnić się po kilku godzinach leżenia detalu. Z mojej praktyki: element z 42CrMo4 zostawiony na noc bez odpuszczenia to gotowy złom. Odpuszczanie należy uruchomić bezpośrednio po wyjęciu z kąpieli, gdy detal ma jeszcze 50-80 °C.

• Naprężenia własne: po hartowaniu sięgają rzędu granicy plastyczności – odpuszczanie je redukuje.
• Udarność KV: w stanie zahartowanym praktycznie zerowa, po odpuszczaniu wysokim wraca do kilkudziesięciu dżuli.
• Stabilność wymiarowa: austenit szczątkowy przemienia się w czasie, zmieniając wymiar detalu.
• Skrawalność: przy 55 HRC zostaje szlifowanie, a nie toczenie – koszt obróbki wykończeniowej rośnie wielokrotnie.
• Odbiór: żadna sensowna specyfikacja części maszynowej nie kończy się na „hartować” bez podania stanu końcowego.

Jaką twardość HRC osiąga 42CrMo4 po hartowaniu i odpuszczaniu?

Dla elementów ulepszanych cieplnie typowe zakresy odbiorowe to 28-45 HRC, a najczęściej spotykane w zamówieniach: 28-32, 30-36 i 32-38 HRC. Poziom ustawia się temperaturą odpuszczania – im wyżej, tym niżej HRC i wyżej udarność (EN ISO 683-2, 2018).

Jak temperatura odpuszczania przekłada się na HRC?

Zależność jest monotoniczna i powtarzalna, dlatego hartownie sterują wynikiem właśnie tym parametrem. Poniższe wartości traktuję jako punkt wyjścia do próby technologicznej, nie jako gwarancję – każda wsadowa partia potrafi odbiegać o 2-3 HRC.

Temperatura odpuszczania	Orientacyjna twardość	Typowe zastosowanie
200 °C	~50-53 HRC	elementy dociskowe, prowadnice, rzadko stosowane
400 °C	~42-46 HRC	sworznie, trzpienie, elementy hydrauliki
500 °C	~36-41 HRC	wałki napędowe, elementy narażone na zużycie
560 °C	~32-36 HRC	wały, osie, śruby klasy 10.9
620 °C	~28-32 HRC	duże wały, elementy spawane po obróbce
680 °C	~24-28 HRC	ulepszanie przed azotowaniem, elementy o wymogu udarności

Kiedy stosować niższą, a kiedy wyższą twardość?

Niższą – gdy liczy się udarność, spawalność i obrabialność. Wyższą – gdy dominuje zużycie powierzchniowe i naciski. Klientom prowadzącym produkcję seryjną radzę zaczynać od pytania o dominujący mechanizm uszkodzenia, a nie od życzeniowego „im twardsze, tym lepsze”.

• 28-32 HRC: duże wały korbowe, elementy kute o grubych przekrojach, konstrukcje po spawaniu.
• 30-36 HRC: osie, sworznie, elementy przekładni – najczęstszy kompromis dla części maszyn.
• 32-38 HRC: śruby wysokowytrzymałe, wałki wielowypustowe, końcówki cylindrów.
• 38-45 HRC: trzpienie, elementy o dużych naciskach lokalnych, matryce pomocnicze.
• Powyżej 45 HRC: rozważ zmianę koncepcji – nawęglanie 16MnCr5, azotowanie 42CrMo4 lub gatunek narzędziowy.

Szczegóły procesu opisałem osobno w tekście Ulepszanie cieplne stali konstrukcyjnych.

Od czego zależy realna twardość po hartowaniu 40HM?

Od pięciu czynników w kolejności wagi: przekroju detalu, hartowności wynikającej ze składu, temperatury i czasu austenityzowania, intensywności chłodzenia oraz czasu transferu z pieca do kąpieli. Rozrzut między dwiema partiami tej samej stali potrafi sięgać 5-8 HRC wyłącznie z powodu geometrii i procesu.

Wpływ średnicy pręta i hartowności na wynik HRC

Im większy przekrój, tym wolniej stygnie rdzeń i tym mniej martenzytu w nim powstaje. Chrom i molibden w 42CrMo4 przesuwają krzywe CTP w prawo, dzięki czemu gatunek przehartowuje się głębiej niż C45 – ale przy Ø100 mm i większych rdzeń niemal zawsze wypada niżej od powierzchni.

• Ø do 30 mm: praktycznie pełne przehartowanie w oleju, różnica powierzchnia-rdzeń rzędu 1-3 HRC.
• Ø 40-60 mm: rdzeń niższy o ok. 4-8 HRC, wciąż akceptowalny dla większości wałów.
• Ø 80-120 mm: różnica 10-15 HRC realna – warto zamówić wariant 42CrMo4H z pasmem Jominy’ego.
• Powyżej Ø 150 mm: rdzeń może nie osiągnąć wymaganego Re – rozważ 34CrNiMo6 lub 30CrNiMo8.
• Przekroje niejednorodne: przejścia grubość-cienkość to miejsca koncentracji naprężeń i pęknięć hartowniczych.

Wpływ temperatury austenityzowania i medium chłodzącego

Austenityzowanie dla 42CrMo4 prowadzi się typowo w 840-860 °C, z czasem wygrzewania orientacyjnie 1 minuta na 1 mm przekroju po wyrównaniu temperatury. Za niska temperatura oznacza nierozpuszczone węgliki i niedobór HRC, za wysoka – rozrost ziarna i spadek udarności.

1. Nagrzej detal równomiernie, przy grubych przekrojach z przystankiem wyrównawczym w ok. 650 °C.
2. Wytrzymaj w temperaturze austenityzowania – dla Ø50 mm zwykle 45-60 minut w piecu komorowym.
3. Przenieś do kąpieli maksymalnie szybko; kilkanaście sekund zwłoki potrafi kosztować kilka HRC.
4. Chłodź w oleju hartowniczym 40-70 °C z mieszaniem – to standard dla tego gatunku.
5. Odpuszczaj natychmiast po ostygnięciu detalu do 50-80 °C, nie odkładaj na następną zmianę.

Woda dla 42CrMo4 to ryzyko, nie oszczędność – przy przejściach przekroju i ostrych karbach pęknięcia hartownicze pojawiają się regularnie. Polimery PAG bywają rozsądnym kompromisem przy dużych bryłach, ale wymagają kontroli stężenia kąpieli.

Jak dobrać twardość 40HM do wałów, osi i śrub?

Dla wałów i osi maszynowych najbezpieczniejszym wyborem jest zakres 30-36 HRC po ulepszaniu, dla śrub wysokowytrzymałych klasy 10.9 – okolice 32-38 HRC, dla sworzni i trzpieni z dużym naciskiem – 38-45 HRC. Zawsze podawaj zakres, nigdy wartość minimalną bez górnego ograniczenia.

Jak zapisać wymaganie twardości na rysunku lub w zamówieniu?

Zapis musi zawierać gatunek, stan obróbki cieplnej, zakres twardości, skalę i miejsce pomiaru. Najczęściej stosowana przeze mnie formuła to: „42CrMo4 (1.7225) +QT, twardość 32-38 HRC mierzona na powierzchni czopa po zdjęciu 0,5 mm, 3 punkty, atest EN 10204 3.1″. Taki zapis nie zostawia miejsca na interpretację.

• Gatunek i numer materiałowy: podawaj oba – 1.7225 jest jednoznaczny w całej Europie.
• Stan: +QT (ulepszony), +A (wyżarzony), +N (normalizowany) – to nie ozdobnik, tylko warunek odbioru.
• Zakres HRC: szerokość 5-6 jednostek jest realna technologicznie; żądanie ±1 HRC podniesie cenę lub zostanie odrzucone.
• Miejsce pomiaru: czop, powierzchnia czołowa, przekrój po przecięciu próbki świadka.
• Dokument: atest 3.1 z wynikami badań plus protokół obróbki cieplnej z krzywą procesu.

Kiedy 40HM to zły wybór i lepiej sięgnąć po inny gatunek?

Wtedy, gdy potrzebna jest twarda warstwa przy ciągliwym rdzeniu albo gdy przekrój przekracza możliwości hartowności. W takich przypadkach zmiana technologii bije podkręcanie twardości.

• Twarda powierzchnia + ciągliwy rdzeń: nawęglanie 16MnCr5 lub 20MnCr5 daje 58-62 HRC w warstwie.
• Odporność na zużycie bez odkształceń: azotowanie 42CrMo4 lub 31CrMoV9 – warstwa o wysokiej twardości HV przy minimalnych zmianach wymiaru.
• Bardzo duże przekroje: 34CrNiMo6 (1.6582) ma wyraźnie lepszą hartowność przekrojową.
• Praca w środowisku korozyjnym: rozważ 1.4057 albo 1.4542 zamiast stali węglowo-stopowej.
• Elementy spawane: 42CrMo4 wymaga podgrzewania wstępnego i obróbki po spawaniu – czasem taniej użyć S355J2 z inną konstrukcją węzła.

Jak czytać twardość HRC, HB i HV dla 42CrMo4?

HRC stosuje się powyżej ok. 20 HRC, HB do materiałów miększych i do wyrobów o niejednorodnej strukturze, HV do warstw cienkich i pomiarów na przekrojach. Konwersje między skalami są orientacyjne – normą odniesienia jest EN ISO 18265:2013 i sama norma zaznacza przybliżony charakter przeliczeń.

Przeliczanie HRC na HB według ISO 18265

Tabele konwersji działają dobrze w środkowym zakresie i rozjeżdżają się na krańcach. Poniżej wartości robocze dla stali niestopowych i niskostopowych – do orientacji, nie do odbioru technicznego.

HRC	HB (ok.)	HV (ok.)	Rm orientacyjnie [MPa]
28	270	286	~900
32	300	318	~1010
36	335	354	~1130
40	370	392	~1250
45	420	446	~1420
50	475	513	~1630
55	560	595	–

Dane orientacyjne wg tablic konwersji typu EN ISO 18265:2013; przy odbiorze stosuj metodę wskazaną w dokumentacji. Szerzej temat rozwijam w artykule Twardość HRC, HB i HV – jak czytać wyniki.

Kiedy wymagać atestu z twardością, a kiedy badania po obróbce?

Atest 3.1 na materiał wejściowy potwierdza stan dostawy pręta, natomiast twardość gotowego detalu potwierdza wyłącznie badanie po obróbce cieplnej u wykonawcy. To dwa różne dokumenty i mylenie ich jest częstą przyczyną sporów odbiorowych.

• Atest EN 10204 3.1: wystawia wytwórca materiału, obejmuje skład i własności partii wyrobu.
• Protokół obróbki cieplnej: hartownia podaje temperatury, czasy, medium i wynik twardości po procesie.
• Próbka świadek: element z tego samego wytopu hartowany w tym samym wsadzie – przecinany do pomiaru rdzenia.
• Badanie na detalu: obowiązkowe dla części odpowiedzialnych; ustal miejsce, liczbę punktów i dopuszczalny rozrzut.
• Powierzchnia odwęglona: pomiar bez zdjęcia 0,3-0,5 mm materiału zaniża wynik nawet o 5-10 HRC.

„Przeliczanie wartości twardości między skalami ma charakter przybliżony i nie zastępuje pomiaru wykonanego metodą wskazaną w wymaganiach odbiorowych.” – ISO, EN ISO 18265, 2013 (parafraza)

Najczęstsze błędy przy zamawianiu 40HM po ulepszaniu cieplnym

Trzy błędy odpowiadają za większość reklamacji: żądanie samego minimum HRC bez górnej granicy, brak wskazania miejsca pomiaru oraz przenoszenie twardości próbki na rdzeń dużego detalu. Każdy z nich kosztuje czas, a przy seriach – także materiał.

Które zapisy w zamówieniu generują spory?

Sprawdzam dokumentację zamówień od lat i lista powtarzalnych usterek jest zaskakująco krótka. Warto ją po prostu odhaczyć przed wysłaniem zapytania do hartowni.

1. „Hartować na maksimum” – brak stanu końcowego; hartownia nie wie, czy odpuszczać i w jakiej temperaturze.
2. „min. 40 HRC” – bez górnej granicy dopuszcza 52 HRC i kruchy detal zgodny z zamówieniem.
3. Brak skali – „twardość 350″ bez HB/HV/HRC to zapis niemierzalny.
4. Pomiar na powierzchni surowej – warstwa odwęglona zaniża odczyt, a spór dotyczy potem dobrego detalu.
5. Zamówienie pręta +QT do ponownego hartowania – płacisz za obróbkę, którą i tak skasujesz.
6. Brak tolerancji na odkształcenia – przy Ø80 i długości 1500 mm bicie po hartowaniu jest nieuniknione, trzeba przewidzieć naddatek na szlifowanie.

Uwaga praktyczna: dobór materiału i parametrów obróbki cieplnej dla części odpowiedzialnych powinien potwierdzić konstruktor lub technolog na podstawie pełnej dokumentacji. Dane w tym tekście są orientacyjne i nie zastępują specyfikacji technicznej ani konsultacji z inżynierem materiałowym.

Najczęściej zadawane pytania

Ile HRC ma stal 40HM po hartowaniu?

Przy poprawnym hartowaniu małych i średnich przekrojów 40HM osiąga zwykle około 52-57 HRC. Wynik zależy od zawartości węgla w granicach normy (0,38-0,45%), średnicy elementu, temperatury austenityzowania i intensywności chłodzenia. Dla przekrojów powyżej Ø80 mm rdzeń wypada wyraźnie niżej niż powierzchnia.

Czy 42CrMo4 i 40HM to ten sam materiał?

W praktyce handlowej 40HM zestawia się z 42CrMo4 / 1.7225 i w większości zastosowań te oznaczenia traktuje się wymiennie. Pełną równoważność odbiorową trzeba jednak potwierdzić normą, składem chemicznym z wyciągu wytopu i wymaganiami mechanicznymi. Sama zbieżność nazwy nie zastępuje specyfikacji dostawy.

Jaka twardość 42CrMo4 po ulepszaniu cieplnym jest typowa?

Dla części maszyn spotyka się najczęściej zakresy 28-45 HRC, dobierane do obciążenia i wymagań udarności. Wały, osie i sworznie zamawia się zwykle z konkretnym przedziałem, na przykład 32-38 HRC. Poziom ustawia się temperaturą odpuszczania – im wyższa, tym niższa twardość i lepsza udarność.

Czy można zostawić 40HM tylko po hartowaniu?

Dla części użytkowych zwykle nie – stan po samym hartowaniu jest twardy, ale kruchy i silnie naprężony. Odpuszczanie stabilizuje strukturę, redukuje naprężenia własne i pozwala dobrać kompromis między twardością a wytrzymałością. Detal zostawiony bez odpuszczenia potrafi pęknąć samoczynnie po kilku godzinach.

Czy HRC 42CrMo4 można przeliczyć na HB?

Tak, przy użyciu tablic konwersji zgodnych z EN ISO 18265:2013, ale wynik ma charakter orientacyjny. Przykładowo 32 HRC odpowiada mniej więcej 300 HB. Przy odbiorze technicznym trzeba wskazać metodę pomiaru, skalę i miejsce badania, a nie opierać się na przeliczeniu.

Dlaczego twardość rdzenia jest niższa niż powierzchni?

Przy większych przekrojach rdzeń stygnie wolniej, więc przemiana martenzytyczna przebiega niecałkowicie i powstaje mieszanina z bainitem lub perlitem. Nawet stal o dobrej hartowności, jak 42CrMo4, ma ograniczenia zależne od wymiaru części. Przy Ø100 mm różnica 10-15 HRC między powierzchnią a rdzeniem jest typowa.

W jakim medium hartować 40HM?

Standardem jest olej hartowniczy o temperaturze 40-70 °C z mieszaniem kąpieli. Woda daje wyższą twardość, ale przy karbach i zmianach przekroju znacząco podnosi ryzyko pęknięć hartowniczych. Roztwory polimerowe PAG bywają kompromisem dla dużych brył, wymagają jednak stałej kontroli stężenia.

Jaki dokument potwierdza twardość gotowej części?

Protokół obróbki cieplnej od wykonawcy plus wynik badania twardości na detalu lub próbce świadku. Atest EN 10204 3.1 dotyczy materiału wejściowego i nie potwierdza stanu po obróbce u kooperanta. Przy częściach odpowiedzialnych warto zapisać oba wymagania równolegle w zamówieniu.

Źródła i literatura

1. CEN, EN ISO 683-2:2018 – Heat-treatable steels, alloy steels and free-cutting steels, Part 2: Alloy steels for quenching and tempering.
2. ISO, EN ISO 18265:2013 – Metallic materials. Conversion of hardness values.
3. ASM International, ASM Handbook Volume 4A: Steel Heat Treating Fundamentals and Processes, 2013.
4. EN 10204:2004 – Metallic products. Types of inspection documents (atest 3.1).
5. Total Materia – rekordy bazy materiałowej dla 42CrMo4 / 1.7225, dostęp 2026.
6. PN-89/H-84030/04 – Stal stopowa konstrukcyjna do ulepszania cieplnego (oznaczenie 40HM, norma wycofana, przywoływana historycznie).