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ΔV/V0=3（ΔL/L0） (1-5)
式中，L0是试样的初始尺寸；V0是试样的初始体积；ΔL和ΔV是试样的尺寸与体积变化。
因此，测量金属加热或冷却时的膨胀曲线，根据曲线上偏离正常热膨胀的起始位置，可以定出钢的相变临界点，并可研究相变的规律，图1是共析钢的膨胀曲线。
图1 共析钢的热膨胀曲线
（3）硬度检测分析
热处理相变改变了试样的显微组织，会导致高碳钢硬度值的不同。因此可以利用硬度试验来分析钢的相变和作为检测钢铁热处理效应的手段。退火后高碳钢显微组织是珠光体+碳化物，正火后为索氏体（或屈氏体）+碳化物，正火冷却速度比退火冷却速度快，得到的索氏体比珠光体更细小，硬度会增加。完全淬火后显微组织为马氏体，而马氏体的硬度比索氏体、珠光体高，硬度达到60～70HRC。淬火钢低温回火(150℃～250℃)后得到回火马氏体，淬火钢中温回火（350℃～500℃）后得到的是回火屈氏体，淬火钢高温回火(500℃～650℃)后得到的是回火索氏体。随回火温度的升高，相应的回火组织硬度会下降。
（4）金相分析
高碳钢试样热处理发生相变则前后的显微组织肯定不同。在光学显微镜下能够明显分辨出片层的珠光体，其片间距约为150nm～450nm。马氏体在金相观察中（二文）通常表现为针状。金相分析是金属材料试验研究的重要手段之一，采用金相学原理，由二文金相试样磨面或薄膜的金相显微组织的测量和计算来确定合金组织的三文空间形貌，就可以建立起合金成分、组织和性能间的定量关系。随着计算机技术的发展，将计算机应用于图像处理，具有精度高、速度快等优点，可以大大提高工作效率，图2为在Msword中采用网格法进行定量金相分析。
图2 在Msword中应用网格法计算相变产物体积分数[15]
计算机金相分析正逐渐成为人们分析研究各种材料，建立材料的显微组织与各种性能问定量关系，研究材料组织转变动力学等的有力的工具。采用计算机图像分析系统可以很方便地测出特征物的面积百分数、平均尺寸、平均间距和长宽比等各种参数，然后根据这些参数来确定特征物的三文空间形态、数量、大小及分布，并与材料的机械性能建立内在联系，为更科学地评价材料、合理地使用材料提供可靠的数据[15]。
（5）磁性测量分析
热处理相变会导致磁性能的变化，图3为T10钢淬火试样回火时饱和磁化强度变化曲线。
图3 T10钢淬火试样回火时饱和磁化强度变化曲线
钢中奥氏体在任何温度下均为顺磁体，铁素体、珠光体、贝氏体以及马氏体在768℃以下均为铁磁体，碳化物为弱磁体。因此可以通过测量饱和磁化强度的变化来研究过冷奥氏体的等温转变过程，测定马氏体点（Ms）以及研究淬火钢回火过程中马氏体、奥氏体的分解，碳化物类型的转变等，磁性分析还常用来测量淬火钢中的残留奥氏体含量，其原理如下：采用自行研制的CG-1型热磁性测量仪，其结构原理如图1所示。实验仪器中的电磁铁所产生的磁场强度H=26×104A/m，加热炉温度为室温至850℃连续可调。
图4 热磁仪结构
试样放在N-S磁极轴平面内，当奥氏体量变化时，试样中铁磁相量也随之发生变化，在磁矩作用下使试样偏转，偏转量与铁磁相的磁化强度成正比。淬火高碳钢试样中的残余奥氏体为非铁磁相，其含量可通过测量铁磁相马氏体的量来实现。试样中只存在马氏体和奥氏体2个相时，试样的磁化强度可按下式来表示：