Độ cứng là thước đo khả năng của thép hình thành martensite (làm cứng) đến một độ sâu nhất định khi được làm nguội. AISI 4140 có độ cứng rất tốt nhờ hàm lượng Cr và Mo. Điều này được biểu thị một cách định lượng bằng đường cong thử nghiệm làm nguội-Jominy End, cho thấy độ cứng giảm theo khoảng cách từ đầu được làm nguội.
Tầm quan trọng: Khả năng làm cứng tốt có nghĩa là các phần dày (chẳng hạn như tâm của một thanh tròn có đường kính -lớn) sẽ vẫn biến đổi thành một độ sâu martensite đáng kể trong quá trình tôi dầu, dẫn đến độ bền cao và đồng đều trên toàn bộ phần sau khi tôi luyện. Đối với thanh tròn 4140, có thể đạt được hiệu quả thông qua-làm cứng bằng đường kính lên tới khoảng 75-100 mm (3-4 inch) bằng phương pháp làm nguội bằng dầu. Điều này làm cho nó phù hợp với các thành phần lớn, có độ bền cao, nơi các đặc tính cốt lõi là rất quan trọng.