金屬和合金的組織變化過程常伴有明顯的吸熱或放熱反應(yīng)。熱分析就是利用這種熱效應(yīng)分析金屬及合金組織狀態(tài)轉(zhuǎn)變的一種方法（見固態(tài)相變）。
熱分析曲線是在一定的加熱或冷卻速率下測(cè)定試樣的溫度升高和加熱時(shí)間或溫度降低和冷卻時(shí)間的關(guān)系曲線。為了準(zhǔn)確測(cè)定溫度,提高測(cè)量的靈敏度及精確度,可以測(cè)定一定溫度間隔變化所需要的時(shí)間；也可以采用在測(cè)定的溫度范圍內(nèi)不發(fā)生內(nèi)部轉(zhuǎn)變（相變）的標(biāo)準(zhǔn)試樣作為參考，將被測(cè)試樣和標(biāo)準(zhǔn)試樣放在同一加熱或冷卻過程的環(huán)境中，測(cè)定試樣與標(biāo)準(zhǔn)試樣的溫度差與時(shí)間的關(guān)系,即建立示差熱分析曲線。圖1是共析鋼(含碳0.8%)的示差熱分析曲線及溫度-時(shí)間曲線，從曲線的轉(zhuǎn)折處可以確定相變的臨界點(diǎn)（見鐵碳平衡圖）。
熱分析方法是測(cè)定合金相圖的基本方法之一，也用于研究鋼中過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變過程（見過冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖）。利用熱效應(yīng)還可用以研究有序無序轉(zhuǎn)變、淬火鋼的回火、合金時(shí)效（見脫溶）以及冷變形金屬加熱時(shí)形變能的釋放等過程。
精確測(cè)定金屬和合金電阻的變化以分析其組織變化的方法稱為電阻分析。其突出的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，因?yàn)殡娮鑼?duì)金屬和合金的組織結(jié)構(gòu)變化十分敏感，但影響電阻的因素較多，對(duì)測(cè)量的結(jié)果往往難以確切地進(jìn)行分析。金屬的導(dǎo)電性能一般以電阻率ρ來表示。金屬和合金的電阻率與其化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)和所處的溫度有關(guān)。例如，形成固溶體將使電阻升高；淬火或冷變形亦升高電阻。凡是能阻礙金屬中自由電子移動(dòng)的因素，均使其電阻率升高；反之，則使電阻率降低。據(jù)此可以進(jìn)行金屬和合金中某些物理化學(xué)變化的研究。金屬是良導(dǎo)體，ρ值很小，當(dāng)金屬的組織變化時(shí)，引起的ρ值變化也很小。因此，金屬電阻率的測(cè)量一般采用雙電橋或高電阻電位計(jì)等精密測(cè)量?jī)x器。
電阻分析是研究合金時(shí)效的最有效的方法之一，亦可用以測(cè)定固溶體的溶解度曲線，研究不均勻固溶體的形成,固溶體的有序無序轉(zhuǎn)變,馬氏體相變和淬火鋼在回火時(shí)碳化物的析出，以及研究金屬材料的疲勞過程、裂紋的形成和擴(kuò)展等斷裂問題。
測(cè)定表征磁性的各種參數(shù)（如磁化強(qiáng)度，磁化率，磁導(dǎo)率，矯頑力和磁感應(yīng)強(qiáng)度等）以分析金屬組織的方法。磁化強(qiáng)度M與磁場(chǎng)強(qiáng)度H 的關(guān)系為：
M=xH
其中x為磁化率,根據(jù)x的大小及正負(fù)，可將物質(zhì)分為三類:(1)逆磁體的x為負(fù)值,約為10～10,如Cu、Ag、Au、Zn等；(2)順磁體的x為正值,約為10～10,如Al、Mg、Na等;(3)鐵磁體的x為正值,且數(shù)值很大,如Fe、Co、Ni。磁化率與合金的成分、組織、結(jié)構(gòu)和狀態(tài)有關(guān),測(cè)定x可用來研究逆磁與順磁合金,特別是有色金屬及其合金。也可用于測(cè)定合金的最大溶解度曲線或研究合金的時(shí)效析出等過程。
磁化曲線和磁滯回線是表征鐵磁性的基本曲線(圖2)。根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁場(chǎng)強(qiáng)度H的關(guān)系：B=μH，可以求出初始磁導(dǎo)率 μ0(H=0處)和最大磁導(dǎo)率μmax，還可以求得矯頑力Hc(B=0)以及飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。
根據(jù)磁滯回線可以判定材料的磁性。例如硬磁（永磁）材料要求Hc及Br（剩余磁感）高，軟磁材料要求μ高和Hc低，而作為電子計(jì)算機(jī)的磁芯材料則要求具有矩形的磁滯回線。由于合金成分、熱處理和加工硬化均對(duì)材料的磁性有影響，因而可以通過測(cè)量磁滯回線來選定最佳的合金成分和加工工藝。
鋼中的磁性分析多用于相分析和相變動(dòng)力學(xué)的研究。由于鋼中奧氏體在任何溫度均為順磁體，而它的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物包括鐵素體、珠光體、貝氏體,馬氏體在768℃以下均為鐵磁體。因此可以通過測(cè)量飽和磁化強(qiáng)度的變化來研究過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變過程,圖3是亞共析鋼等溫轉(zhuǎn)變的動(dòng)力學(xué)曲線，轉(zhuǎn)變自t1開始，至t2結(jié)束。磁性分析還常用來測(cè)量淬火鋼中的殘留奧氏體含量,測(cè)定馬氏體點(diǎn)(Ms)以及研究淬火鋼回火過程中馬氏體、奧氏體的分解，碳化物類型的轉(zhuǎn)變，以及對(duì)滲碳、石墨化、粉末壓制工藝中磁性相的分析等。
金屬和合金在加熱或冷卻時(shí)，除具有一般的熱脹冷縮外，在發(fā)生同素異構(gòu)等相變時(shí)，將伴有明顯的體積變化,因而有附加的脹縮。例如鋼在加熱時(shí),珠光體變?yōu)閵W氏體，產(chǎn)生收縮；而快冷時(shí)，若奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體則有體積的明顯膨脹。因此，測(cè)量金屬加熱或冷卻時(shí)的膨脹曲線，根據(jù)曲線上偏離正常熱膨脹的起始位置，可以定出鋼的相變臨界點(diǎn)，并可研究相變的規(guī)律。圖4是共析鋼的膨脹曲線。目前,可控自動(dòng)記錄快速膨脹儀是測(cè)定鋼中過冷奧氏體在連續(xù)冷卻中的轉(zhuǎn)變和連續(xù)加熱時(shí)奧氏體形成的有力工具。采用膨脹分析配合磁性分析和金相分析，可以建立鋼的奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線(TTT曲線),連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線(CCT曲線)以及連續(xù)加熱時(shí)奧氏體形成的曲線。此外,膨脹法還可以研究快速升溫時(shí)合金的相變和合金的時(shí)效動(dòng)力學(xué)。
