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).

Рис. 13. Влияние диаметра стальных образ цов на предел выносливости при изгибе

(®—і (D) = Ео0—і (Ю)):

J - углеродистая сталь (гладкие образцы); 2 — легированная сталь (гладкие образцы) и углеродистая (с умеренной концентра­цией); 3 — легированная сталь с умерен­ной концентрацией; 4 — стали с высокой концентрацией

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 градиентное™ 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.