灰铸铁由于具有减震性、耐磨性以及良好的铸造性能，在当今金属材料中仍应用广泛。目前，大型载重汽车和拖拉机的发动机缸体选用材料以高强度灰铸铁为主。国内外高强度灰铸铁发展的趋势主要表现为：获得高强度、刚度的同时，具有较好的铸造性能与加工性能，即强度、硬度、石墨化三者联系起来，达到力学性能、铸造性能与加工性能的统一。本文设计了一种新的切削力测量用应力应变系统的标定装置和标定方法。在此基础上，以一种可视为均质材料为切削对象，在短距离切削刀具的磨损可忽略不计的情况下，考查了对刀以及机夹刀具的刀片重装和整体机夹刀具重装对主切削力的影响。通过力学性能测量、组织观察分析、切削力大小测试并结合刀具磨损形貌观察，对合金元素Cu和Cr、多元合金添加剂、杂质元素Ti以及不同孕育剂对灰铸铁性能的影响进行了系统的分析研究。研究表明：三向力挂载标定装置在车削力测定时，能够对应力应变系统进行简单、快速、准确的标定。该标定装置使用方便，直接采用标准砝码作为基准，能实现三个相互垂直方向上的精确加力。刀片重装和更换造成切削力的变化小于2%，整体刀具的重装造成的切削力变化高达约11%，用切削力评价材料的加工性能时，采用机夹刀具，可更换刀片，但刀杆需一次性安装。合金元素Cu、Cr的复合添加可以细化珠光体组织和改善显微硬度的均匀性，从而提高灰铸铁的力学性能和改善切削加工性能。采用多元合金添加剂处理得到的灰铸铁的抗拉强度达到HT300要求，且其切削力大小及刀具磨损程度均小于铜合金化得到的灰铸铁试样。多元合金添加剂合金化处理在力学性能及切削加工性能方面均满足代替铜合金化要求。采用不同原材料（低钛生铁和铸14生铁）熔炼浇铸的不同钛含量的灰铸铁，其力学性能相当，低钛生铁试样刀具磨损程度及切削力均小于铸14生铁试样。四种不同孕育剂单一处理和复合孕育处理的灰铸铁，SiSr（80%）+75FeSi（20%）复合孕育处理的灰铸铁件拥有最高的硬度，但其断面敏感性较大。复合孕育处理的灰铸铁件较单一孕育处理的灰铸铁件石墨细小，基体组织均匀性好，其力学性能及加工性能较好。相同强度下，BaSi孕育处理的灰铸铁试样的三向切削力及切削合力明显高于SrSi孕育灰铸铁。