灰鐵缸體的灰鐵材質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控和實際變化的范圍又很窄可以用金屬元素分析儀來區分。顯然，決定灰鐵材質性能的 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)與表征灰鐵材質性能的強度和硬度之間的數學關系，這不僅給試驗帶來便捷同時也將對生產者具有實用價值。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注——內燃發動機，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 ，在發動機廠生產費用中，刀具損耗的費用占居 。按傳統觀點，灰鐵的硬度與強度呈直線正比關系，可否在范圍內生產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性充分試驗，并對大量數據加以處理[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)之間的數值關系。這一成果各國業界的廣泛認同，其硬度與強度間關系的計算原則，已納入國標GB9439-88《灰鑄鐵件》之內。
借助于該結果(公式)，可以定量地、明確無誤地反映所生產的鑄鐵及其工藝技術的優劣。
任何生產灰鐵鑄件的車間可將所生產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“質量指標”)。如果正常度等于1表示該車間的“熔鑄狀態”處于正常合理；若大于1則為優良，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顯然說明生產狀態不佳，因為若要提高材質強度勢 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。
