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。熱分析就是利用這種熱效應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定試樣的溫度升高和加熱時間或溫度降低和冷卻時間的關(guān)系曲線。為了準確測定溫度,提高測量的靈敏度及精確度,可以測定一定溫度間隔變化所需要的時間；也可以采用在測定的溫度范圍內(nèi)不發(fā)生內(nèi)部轉(zhuǎn)變（相變）的標準試樣作為參考，將被測試樣和標準試樣放在同一加熱或冷卻過程的環(huán)境中，測定試樣與標準試樣的溫度差與時間的關(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-時間曲線，從曲線的轉(zhuǎn)折處可以確定相變的臨界點（見鐵碳平衡圖）。
熱分析方法是測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）。利用熱效應還可用以研究有序無序轉(zhuǎn)變、淬火鋼的回火、合金時效（見脫溶）以及冷變形金屬加熱時形變能的釋放等過程。
精確測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)點是靈敏度高，因為電阻對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，對測量的結(jié)果往往難以確切地進行分析。金屬的導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)此可以進行金屬和合金中某些物理化學變化的研究。金屬是良導體，ρ值很小，當金屬的組織變化時，引起的ρ值變化也很小。因此，金屬電阻率的測量一般采用雙電橋或高電阻電位計等精密測量儀器。
電阻分析是研究合金時效的最有效的方法之一，亦可用以測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、裂紋的形成和擴展等斷裂問題。
測定表征磁性的各種參數(shù)（如磁化強度，磁化率，磁導率，矯頑力和磁感應強度等）以分析金屬組織的方法。磁化強度M與磁場強度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，可將物質(zhì)分為三類:(1)逆磁體的x為負值,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。也可用于測定合金的最大溶解度曲線或研究合金的時效析出等過程。
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)磁感應強度B與磁場強度H的關(guān)系：B=μH，可以求出初始磁導率 μ0(H=0處)和最大磁導率μmax，還可以求得矯頑力Hc(B=0)以及飽和磁感應強度。
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，而作為電子計算機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材料的磁性有影響，因而可以通過測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力學的研究。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。因此可以通過測量飽和磁化強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)變的動力學曲線，轉(zhuǎn)變自t1開始，至t2結(jié)束。磁性分析還常用來測量淬火鋼中的殘留奧氏體含量,測定馬氏體點(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，除具有一般的熱脹冷縮外，在發(fā)生同素異構(gòu)等相變時，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,珠光體變?yōu)閵W氏體，產(chǎn)生收縮；而快冷時，若奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體則有體積的明顯膨脹。因此，測量金屬加熱或冷卻時的膨脹曲線，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，并可研究相變的規(guī)律。圖4是共析鋼的膨脹曲線。目前,可控自動記錄快速膨脹儀是測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)加熱時奧氏體形成的曲線。此外,膨脹法還可以研究快速升溫時合金的相變和合金的時效動力學。
