При многочисленных испытаниях на усталость обнаружено влияние размеров образцов - с увеличением размеров снижается сопротивление усталости. Эта закономерность получила название «масштабного эффекта»; он обнаруживается при испытаниях на переменный изгиб и переменное кручение как для гладких образцов, так и образцов с концентраторами напряжений. При испытаниях на осевое растяжение-сжатие масштабный эффект обнаруживается только для образцов с концентраторами напряжений. Гладкие образцы при осевой нагрузке не имеют масштабного эффекта.
На рис. 13 приведены коэффициенты снижения пределов выносливости с увеличением диаметров для стальных валов из мягких углеродистых и прочных легированных сталей [113, 158]. Предел выносливости с ростом диаметра вала снижается тем в большей степени, чем прочнее сталь и чем выше концентрация напряжений. Влияние размеров сказывается особенно сильно в диапазоне сравнительно небольших значений диаметра (10-100 мм).


Для деталей с резкими концентраторами напряжений разница в коэффициентах влияния абсолютных размеров для углеродистых и легированных сталей столь значительна, что в ряде случаев крупные детали из углеродистых сталей оказываются более прочными, чем такие же детали из легированных сталей.
Относительно причин, обусловливающих масштабный эффект, в настоящее время нет общепринятого мнения. Объяснение природы эффекта только с позиций статистической теории усталостной прочности опытами на осевое растяжение не подтвердилось. Влияние градиента напряжений является, по-видимому, одним из основных факторов, участвующих в проявлении масштабного эффекта. При этом принимается во внимание, что с увеличением градиента напряжений уменьшается объем металла, находящегося под действием разрушающих напряжений. Таким образом, теория градиентности напряжений находится в некоторой связи со статистической теорией. Масштабный эффект можно объяснить также технологическими причинами (металл меньших сечений более качественный), способом обработки поверхности (одни и те же дефекты поверхности проявляются более резко для крупных сечений). Наиболее вероятно полагать, что природа масштабного эффекта определяется сложным комплексом перечисленных факторов, каждый из которых может играть большую или меньшую роль в отдельных конкретных условиях.