钢中碳原子的扩散研究对于新一代高强钢的微观组织调控至关重要。尽管钢的微观组织直观表征技术快速发展,但是对碳原子扩散进行原位高灵敏度的动态检测仍然存在挑战。通过钢热处理过程中电阻（率）、内耗等物理参量的连续演化特征研究碳扩散动力学规律及相关物理机制是非常有效的手段。本文通过原位电阻、内耗方法探究了中碳热作模具钢在回火、服役过程中碳的偏聚、析出动力学过程对微观组织演化规律的影响,以及低碳双相钢在回火过程中碳扩散及碳化物析出机制。获得了以下的主要成果与结论:（1）针对钢中碳原子扩散行为原位分析的需求,研制了基于微控制器的金属电阻高温特性测试系统,实现不同热处理工艺过程中电阻参量的精密测量,电阻测量精度为1μΩ,控温精度±1 ℃。对LMA-1内耗力学谱仪进行了关键机械、电子部件的改进。提高了系统摆杆机构的中心对准度,使得仪器的背景内耗从5×10-4降至2.5×10-4;基于电阻-电容（RC）微分电路的摆杆快速制动系统,使得单次测试时间缩短为原来的1/3,提高了系统数据采集速度。通过金属电阻高温特性测试仪的研制和内耗力学谱仪的改进,为准确、快速表征碳扩散行为提供了技术基础。（2）通过电阻法研究了淬火态热作模具钢回火过程中的碳原子连续扩散行为及其引起的微观组织结构变化,研究表明:淬火态试样在80～125℃区间,电阻偏离线性出现下降趋势,同时硬度出现峰值,位错线附近碳浓度从2.5 at.%提高至4.5 at.%,表明碳原子向位错扩散引起碳偏聚,其扩散激活能为83k J/mol;140～250 ℃温度区间,电阻偏离线性微弱增加为ε过渡碳化物的形核引起;升温至300 ℃以上,由于碳化物析出,电阻率随温度升高增势减缓,高温段出现明显下降。结合透射电镜分析,通过电阻不同演化趋势判断（Fe3C）碳化物和合金碳化物的析出差异,以及碳化物析出行为对回火硬度的影响。内耗分析发现,回火态中碳热作模具钢试样40℃附近出现了强度为2×10-5左右Snoek峰,激活能在0.71～0.75ev之间,表明高温回火使热作模具钢中部分位错回复、消失,偏聚于位错等应力区附近未析出的间隙碳原子脱离束缚出现驰豫;120 ℃附近出现的内耗峰、硬度峰是由于间隙碳原子在热、力作用下偏聚富集所引起。（3）利用电阻、内耗方法,结合微观组织分析,研究了低碳铁素体-马氏体双相钢在回火过程中的碳原子扩散行为规律。研究结果表明,马氏体分解过程包括碳原子从过饱和晶格内预析出以及与合金元素形成碳化物两个过程:1)430 ℃内耗峰与马氏体中饱和间隙碳原子析出相关,在结构转变同时模量发生跃变,内耗峰温不随频率变化而改变,峰强无应变振幅效应。通过电阻法获得碳原子从马氏体中析出转变的激活能为1179.46 k J/mol;2)450 ℃内耗峰出现归因于碳化物Cr7C3析出长大动力学过程,电阻法计算其激活能为299.68 k J/mol,力学特性体现出回火过程中碳化物析出产生二次硬化现象。（4）对于中碳钢,电阻率对回火过程中碳原子扩散行为十分敏感,通过电阻-温度演化系数,能准确地表征碳原子从间隙位置向位错偏移,界面富集形核,以及从基体内析出等一系列连续转变的过程,且能从碳原子扩散激活能的角度解释其扩散动力学。对于低碳钢,可以通过典型的Snoek峰或SKK（Snoek-Kê-K（?）ster）峰相应的物理模型,对碳原子占位或迁移进行定量/半定量描述。电阻和内耗技术结合应用,同时辅于微观表征技术,可以帮助材料研究者更加准确和深入地掌握钢中碳原子扩散行为及内在机制。