灰铁缸体的灰铁材质性能取决于它的化学成份及冷却速率。对于给定形状、重量和壁厚的铸件，如果铸型介质和浇注温度不变，冷却速率也是不变的，因而影响到金属性能的将主要是化学成份，对于灰铸铁来说，基本成份中的锰、磷、硫三元素对性能的影响较小且可供调控和实际变化的范围又很窄可以用金属元素分析仪来区分。显然，决定灰铁材质性能的 重要因素是碳和硅的含量(合金元素影响作为另类问题对待)，如果找出该两元素含量(还可以将两元素合二为一地用碳当量代表)与表征灰铁材质性能的强度和硬度之间的数学关系，这不仅给试验带来便捷同时也将对生产者具有实用价值。这时就可以用到炉前碳硅分析仪，此外，还有一个问题一直引起人们的关注——内燃发动机，它的大部分工件是灰铁件，其主要部件如缸体不仅加工量大、工序繁多，且多用设备和刀具，而刀具都是单件制作，因此，即使在欧美 ，在发动机厂生产费用中，刀具损耗的费用占居 。按传统观点，灰铁的硬度与强度呈直线正比关系，可否在范围内生产出强度提高而硬度不变或稍许上升的灰铁？！
循着这一思路，铸铁学者派特生进行系统性充分试验，并对大量数据加以处理[1]，得出灰铁硬度和强度与共晶度(或称碳饱和度，为便于运算与建立简明的数学公式，将铸铁共晶点的碳当量4.26换称共晶度为1)之间的数值关系。这一成果各国业界的广泛认同，其硬度与强度间关系的计算原则，已纳入国标GB9439-88《灰铸铁件》之内。
借助于该结果(公式)，可以定量地、明确无误地反映所生产的铸铁及其工艺技术的优劣。
任何生产灰铁铸件的车间可将所生产铁水的碳饱和度按公式得出它的“计算硬度”和“计算强度”，以之与所浇注试棒的“实测硬度”，和“实测强度”两两对比，分别得出“相对硬度”和“相对强度”，再将“相对强度”比“相对硬度”，所得值称为“正常度”(或称“质量指标”)。如果正常度等于1表示该车间的“熔铸状态”处于正常合理；若大于1则为优良，反映该车间在给定的铸铁成份下获得较高的强度与较低的硬度；如果小于1显然说明生产状态不佳，因为若要提高材质强度势 靠降低碳饱和度(碳硅含量)的办法来达到，就需要用到金属元素分析仪和炉前碳硅分析仪来分析。
