膨胀系数广泛用于金属中临界点及相转变曲线的测定，以及用于检测金属在热处理时所发生的内部组织变化的动力学研究。膨胀系数测试方法的优点是：检测仪器的惰性小，可以观察金属在快速加热、冷却过程中的转变情况。
（一）通过膨胀系数测定金属临界点
金属在加热和冷却过程中，由于组织转变而产生明显的体积效应。故根据测试膨胀曲线来确定组织转变温度（临界点）是很有效的。一般金属，如钢的热膨胀曲线如图1所示。根据这种热膨胀曲线可用两种方法来确定金属的临界点。
（1）取热膨胀曲线上偏离正常纯热膨胀（或纯冷却收缩）的开始位置作为Ac1温度（或Ar3温度），如图1中的a及c点。取再次恢复纯热膨胀（或冷却收缩）的开始位置作为Ac3温度（或Ar1温度）如图1中的b及d点。
（2）取热膨胀曲线上的四个极值位置a——b——c——d——分别为Ac1、Ac3、Ar3、Ar1温度
上述两种方法各有优缺点。第一种方法符合金属检测学原理，但判断相变温度易受主观因素的影响，为了减少目测误差，必须使用高精度的膨胀仪作出细而清晰的曲线。第二种方法是判断相变温度的位置十分明显，易于比较和数据分析，但求出的临界点温度与真实值有偏差。
（二）膨胀系数可测定金属温转变曲线
目前测定金属的过冷奥氏体等温转变曲线（TTT曲线），多用磁性法和膨胀法，与金相法比较又快又可靠。由金属的膨胀特性可知，亚共析金属过冷奥氏体在高温区分解成先共析铁素体和珠光体，中温区的贝氏体，低温区的马氏体，金属的体积都要膨胀，且膨胀量与转变量成比例，故可用测试膨胀系数来研究过冷奥氏体分解。
以55Si2Mn钢为例，过冷奥氏体在500℃、600℃等温转变的膨胀曲线如图2所示。
图中的bc——段（时间）表示过冷奥氏体在600℃等温分解时的孕育期。从C——开始，4%在600℃等温的试样开始膨胀（奥氏体开始分解），到d——点试样长度开始保持不变，这说明奥氏体分解完毕。500℃等温时，bc段表示孕育期，d点奥氏体开始分解完毕。
据膨胀量与转变量成比例的关系可以用膨胀系数测出55Si2Mn钢在不同温度下过冷奥氏体等温转变动力学曲线（图 ）。
利用该曲线便可建立如图所示的该钢的TTT曲线。
该图已清楚说明此钢在不同等温温度， 不同等温时间的转变产物及转变量等。此外，还可用膨胀系数测试钢的过冷奥氏体连续冷却转变曲线（CCT 曲线）；研究淬火钢回火时的组织转变等。