灰鐵缸體的灰鐵材質(zhì)性能取決于它的化學(xué)成份及冷卻速率。對(duì)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(xué)成份，對(duì)于灰鑄鐵來(lái)說(shuō)，基本成份中的錳、磷、硫三元素對(duì)性能的影響較小且可供調(diào)控和實(shí)際變化的范圍又很窄可以用金屬元素分析儀來(lái)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(duì)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(dāng)量代表)與表征灰鐵材質(zhì)性能的強(qiáng)度和硬度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，這不僅給試驗(yàn)帶來(lái)便捷同時(shí)也將對(duì)生產(chǎn)者具有實(shí)用價(jià)值。這時(shí)就可以用到爐前碳硅分析儀，此外，還有一個(gè)問題一直引起人們的關(guān)注——內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，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(shè)備和刀具，而刀具都是單件制作，因此，即使在歐美   ，在發(fā)動(dòng)機(jī)廠生產(chǎn)費(fèi)用中，刀具損耗的費(fèi)用占居   。按傳統(tǒng)觀點(diǎn)，灰鐵的硬度與強(qiáng)度呈直線正比關(guān)系，可否在范圍內(nèi)生產(chǎn)出強(qiáng)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(xué)者派特生進(jìn)行系統(tǒng)性充分試驗(yàn)，并對(duì)大量數(shù)據(jù)加以處理[1]，得出灰鐵硬度和強(qiáng)度與共晶度(或稱碳飽和度，為便于運(yùn)算與建立簡(jiǎn)明的數(shù)學(xué)公式，將鑄鐵共晶點(diǎn)的碳當(dāng)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(guó)業(yè)界的廣泛認(rèn)同，其硬度與強(qiáng)度間關(guān)系的計(jì)算原則，已納入國(guó)標(biāo)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(wú)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(jì)算硬度”和“計(jì)算強(qiáng)度”，以之與所澆注試棒的“實(shí)測(cè)硬度”，和“實(shí)測(cè)強(qiáng)度”兩兩對(duì)比，分別得出“相對(duì)硬度”和“相對(duì)強(qiáng)度”，再將“相對(duì)強(qiáng)度”比“相對(duì)硬度”，所得值稱為“正常度”(或稱“質(zhì)量指標(biāo)”)。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(qiáng)度與較低的硬度；如果小于1顯然說(shuō)明生產(chǎn)狀態(tài)不佳，因?yàn)槿粢岣卟馁|(zhì)強(qiáng)度勢(shì)   靠降低碳飽和度(碳硅含量)的辦法來(lái)達(dá)到，就需要用到金屬元素分析儀和爐前碳硅分析儀來(lái)分析。