При обычных испытаниях малых стальных образцов статическими нагрузками понижение температуры вызывает повышение характеристик прочности (временного сопротивления, пределов текучести и упругости) и снижение характеристик пластичности. При этом заметное снижение характеристик пластичности начинается обычно только при достаточно низких температурах (ниже -70° С). Поэтому такие испытания сталей на малых образцах при пониженных температурах не представляют практического интереса. Низкие температуры могут проявляться в большей степени при ударных нагрузках (ударная вязкость) или при испытаниях крупных образцов с резкими концентраторами напряжений (характеристики вязкости разрушения).
Общей закономерностью для машиностроительных материалов является повышение сопротивления усталости с понижением температуры. На рис. 16, по данным исследований [180], показаны пределы выносливости различных материалов в зависимости от температуры испытания (база 10е циклов). Как видно, существенное повышение сопротивления усталости с понижением температуры наблюдается не только для гладких образцов, но и для образцов с концентраторами напряжений. Нами были проведены испытания на усталость при температурах до —183° С образцов из мягкой углеродистой стали, хромоникелевой стали и особо твердой закаленной на мартенсит подшипниковой стали [80, 196].
Опыты показали, что наибольшее повышение сопротивления усталости обнаружила мягкая углеродистая сталь. Закаленная подшипниковая сталь не изменила своих свойств при понижении температуры испытания от +20 до —75° С. Какого либо порога критической температуры усталости (подобно критической температуре хрупкости) не обнаружено.
К аналогичным выводам пришел и Г. В. Ужик на основании обобщения исследований различных авторов   [79].
При небольшом повышении температуры испытания форма кривых выносливости многих сталей сохраняет тот же вид, что и при температуре 20° С, т. е. в полулогарифмических координатах изображается двумя прямолинейными участками — наклонным (соответствующим перегрузкам) и горизонтальным, параллельным оси числа циклов.
Предельные повышения температур, до которых сохраняется указанный вид кривых усталости и таким образом существует действительный предел выносливости, для разных сталей различны. Можно считать, что для ферритных сталей такая предельная температура находится на уровне 300—400° С, для аустенитных сталей 550—600° С.