W grupie stali konstrukcyjnych szczególne miejsce zajmują stale do ulepszania cieplnego – łączące wysoką wytrzymałość, odporność na zmęczenie i dobre własności plastyczne. Typowymi przedstawicielami tej grupy są 30HGSA (30NiCrMo8, 1.6580), 35HGSA, 40HNMA (40NiCrMo6-5, 1.6565) czy 42CrMo4 (1.7225).
Znajdują one zastosowanie w najbardziej obciążonych elementach maszyn, gdzie liczy się wytrzymałość rdzenia przy zachowaniu twardej, odpornej powierzchni.

Czym jest ulepszanie cieplne?

Ulepszanie cieplne to proces hartowania i wysokiego odpuszczania, którego celem jest uzyskanie optymalnego połączenia twardości, udarności i ciągliwości.
W przeciwieństwie do stali tylko hartowanych, stale ulepszane cieplnie zachowują wysoką odporność na pękanie i odkształcenia, co czyni je idealnymi do pracy pod zmiennymi obciążeniami.

Proces obejmuje:

1. Hartowanie– nagrzanie do ok. 830–880°C i szybkie chłodzenie (zależnie od gatunku).
2. Odpuszczanie– w zakresie 450–650°C w celu uzyskania struktury sorbitycznej o wysokiej stabilności.

Efektem jest stal o wytrzymałości na rozciąganie nawet do 1100–1300 MPa, zachowująca dobrą udarność i sprężystość.

Stal 30HGSA / 30NiCrMo8 / 1.6580 – klasyk wytrzymałości

Stal 30HGSA (PN) to odpowiednik 30NiCrMo8 (EN, DIN 1.6580).
Zawiera ok. 0,30% C, 1% Cr, 0,8% Ni i 0,25% Mo, co zapewnia wysoką hartowność oraz stabilność strukturalną przy dużych przekrojach.

Właściwości:

• bardzo dobra wytrzymałość po ulepszeniu cieplnym: Rm ≈ 900–1100 MPa,
• dobra odporność zmęczeniowa i udarność,
• możliwość obróbki skrawaniem w stanie wyżarzonym,
• dobra hartowność w oleju i powietrzu.

Zastosowania:
wały, korbowody, zębniki, elementy przekładni, śruby lotnicze, sworznie i części wymagające dużej wytrzymałości zmęczeniowej.
To jedna z najczęściej stosowanych stali stopowych konstrukcyjnych w przemyśle lotniczym i maszynowym.

Stal 35HGSA – wyższa wytrzymałość i twardość

35HGSA to stal o nieco wyższej zawartości węgla (ok. 0,35 %), przeznaczona do pracy w większych obciążeniach mechanicznych.
Po ulepszeniu cieplnym uzyskuje Rm ok. 1000–1200 MPa, twardość HB 280–320, a jednocześnie zachowuje dobrą ciągliwość rdzenia.
Stosowana w: wałach, tulejach, dźwigniach, elementach zawieszeń i osiach.
Wersja 35HGSA znajduje szerokie zastosowanie w lotnictwie, motoryzacji i przemyśle obronnym.

Stal 40HNMA / 1.6565 / 40NiCrMo6-5 – dla obciążeń ekstremalnych

40HNMA (EN 1.6565 / AISI 4340 / 40NiCrMo6-5) to stal niklowo-chromowo-molibdenowa do ulepszania cieplnego, o wyjątkowej kombinacji wytrzymałości, twardości i odporności na udar.
Po hartowaniu i odpuszczaniu osiąga:

• Rm = 1100–1300 MPa,
• HB = 300–340,
• bardzo wysoką odporność na pękanie i odkształcenie.

Zastosowania:
wysoko obciążone elementy maszyn – wały korbowe, osie, koła zębate nienawęglane, sworznie lotnicze, części przekładni planetarnych i sprzęgieł.
Właśnie ten gatunek często jest punktem odniesienia przy projektowaniu nowoczesnych stali ulepszanych cieplnie.

Stal 42CrMo4 / 1.7225 – najbardziej uniwersalny gatunek w Europie

42CrMo4 (EN 1.7225) to dziś jedna z najczęściej stosowanych stali konstrukcyjnych ulepszanych cieplnie.
Łączy bardzo dobrą wytrzymałość, umiarkowaną hartowność i dobrą obróbkę mechaniczną.
Używana zarówno w częściach maszyn przemysłowych, jak i motoryzacji: wały, korbowody, tuleje, elementy hydrauliczne, narzędzia formujące.
Dzięki równowadze właściwości jest standardem w europejskich konstrukcjach mechanicznych.

Porównanie wybranych stali do ulepszania cieplnego

Gatunek	Norma / EN	Główne dodatki stopowe	Wytrzymałość Rm [MPa]	Twardość [HB]	Typowe zastosowanie
30HGSA	1.6580 / 30NiCrMo8	Ni, Cr, Mo	900–1100	270–310	wały, zębniki, śruby
35HGSA	1.6582	Ni, Cr, Mo	1000–1200	280–320	osie, dźwignie, tuleje
40HNMA	1.6565 / AISI 4340	Ni, Cr, Mo	1100–1300	300–340	korbowody, przekładnie
42CrMo4	1.7225	Cr, Mo	900–1100	270–310	elementy hydrauliczne, narzędzia

Dobór gatunku stali do zastosowania

Dobór odpowiedniej stali do ulepszania cieplnego zależy od:

• wymaganej wytrzymałości mechanicznej,
• grubości przekroju(wpływa na hartowność),
• rodzaju obciążeń(statyczne, zmienne, udarowe),
• warunków pracy (temperatura, smarowanie, korozja).

W uproszczeniu:

• 30HGSA / 30NiCrMo8– standardowa stal wytrzymała, dobra obrabialność;
• 35HGSA– zwiększona twardość i odporność zmęczeniowa;
• 40HNMA– dla bardzo wysokich obciążeń i dynamicznej pracy;
• 42CrMo4– uniwersalna stal ulepszana, kompromis między wytrzymałością a ceną.

Stale do ulepszania cieplnego, takie jak 30HGSA (30NiCrMo8, 1.6580), 35HGSA, 40HNMA (1.6565) czy 42CrMo4, stanowią fundament współczesnej konstrukcji maszyn, lotnictwa i motoryzacji.
Łączą wysoką odporność zmęczeniową, hartowność i stabilność strukturalną przy zachowaniu dobrej obrabialności.
Ich właściwości można precyzyjnie kształtować przez proces hartowania i odpuszczania, co pozwala dostosować materiał do konkretnych warunków eksploatacji.

Krótko mówiąc – to stale, które „pracują tam, gdzie inne pękają”.