灰鐵缸體的灰鐵材質(zhì)性能取決于它的化學成份及冷卻速率。對于給定形狀、重量和壁厚的鑄件，如果鑄型介質(zhì)和澆注溫度不變，冷卻速率也是不變的，因而影響到金屬性能的將主要是化學成份，對于灰鑄鐵來說，基本成份中的錳、磷、硫三元素對性能的影響較小且可供調(diào)控和實際變化的范圍又很窄可以用金屬元素分析儀來區(qū)分。顯然，決定灰鐵材質(zhì)性能的 重要因素是碳和硅的含量(合金元素影響作為另類問題對待)，如果找出該兩元素含量(還可以將兩元素合二為一地用碳當量代表)與表征灰鐵材質(zhì)性能的強度和硬度之間的數(shù)學關(guān)系，這不僅給試驗帶來便捷同時也將對生產(chǎn)者具有實用價值。這時就可以用到爐前碳硅分析儀，此外，還有一個問題一直引起人們的關(guān)注——內(nèi)燃發(fā)動機，它的大部分工件是灰鐵件，其主要部件如缸體不僅加工量大、工序繁多，且多用設備和刀具，而刀具都是單件制作，因此，即使在歐美 ，在發(fā)動機廠生產(chǎn)費用中，刀具損耗的費用占居 。按傳統(tǒng)觀點，灰鐵的硬度與強度呈直線正比關(guān)系，可否在范圍內(nèi)生產(chǎn)出強度提高而硬度不變或稍許上升的灰鐵？！
循著這一思路，鑄鐵學者派特生進行系統(tǒng)性充分試驗，并對大量數(shù)據(jù)加以處理[1]，得出灰鐵硬度和強度與共晶度(或稱碳飽和度，為便于運算與建立簡明的數(shù)學公式，將鑄鐵共晶點的碳當量4.26換稱共晶度為1)之間的數(shù)值關(guān)系。這一成果各國業(yè)界的廣泛認同，其硬度與強度間關(guān)系的計算原則，已納入國標GB9439-88《灰鑄鐵件》之內(nèi)。
借助于該結(jié)果(公式)，可以定量地、明確無誤地反映所生產(chǎn)的鑄鐵及其工藝技術(shù)的優(yōu)劣。
任何生產(chǎn)灰鐵鑄件的車間可將所生產(chǎn)鐵水的碳飽和度按公式得出它的“計算硬度”和“計算強度”，以之與所澆注試棒的“實測硬度”，和“實測強度”兩兩對比，分別得出“相對硬度”和“相對強度”，再將“相對強度”比“相對硬度”，所得值稱為“正常度”(或稱“質(zhì)量指標”)。如果正常度等于1表示該車間的“熔鑄狀態(tài)”處于正常合理；若大于1則為優(yōu)良，反映該車間在給定的鑄鐵成份下獲得較高的強度與較低的硬度；如果小于1顯然說明生產(chǎn)狀態(tài)不佳，因為若要提高材質(zhì)強度勢 靠降低碳飽和度(碳硅含量)的辦法來達到，就需要用到金屬元素分析儀和爐前碳硅分析儀來分析。
