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1、金属材料及热处理彭广威主教材练习答案doc一、思考题（1） 工程材料按组成特点和性质分为哪几类？主要性能有何区别？（2） 金属的结合方式及金属晶体的基本性能是什么？（3） 工程金属材料如何分类？各有何基本用途？（4） 作手工锯条和铁锤的所使用的钢是什么钢种？有何主要区别？（5） 同样是铁碳合金，铸铁与钢的性能有何区别？为什么？（6） 如何从节能和环保的角度出发，实现交通工具的轻量化？（7） 火花鉴别一般且于哪些钢种较为有效？（8） 说明下列牌号（代号）的意义:Q235、40、T10A、HT200、QT600-3 W18Cr4V、GCrl5、9SiCr、 60Si2Mn、lCrl8Ni9Ti、L

2、Y12、ZL301、H62、B30、ZSnSb4Cu4、TB1、YG8、YW2。二、练习题1.填空题（1）工程材料按成分特点E分为 金属材料、 有机高分子材料、 无机非金属材料 分复含材料。 金属材料又分为 黑色金属 和 有色金J（2 ）决定钢性能的最主要元素为碳,钢的品质由硫 和磷 两种有害元素的含量决定。（3）按含碳量分类，20钢属于 低碳 钢,其含碳量为0.2% ； 45钢届于 中碳 钢,含碳量为 0.45% : T12届于 高碳 钢,含碳量为1.2% 。（4 ） Q235钢牌号中的字母含义为 屈服强度，235的含义为235MPa 。（5）合金结构钢根据其用途和热处理特点可分为： 合金渗

3、碳 钢、 合金调质 钢及合金弹簧 钢o 60Si2Mn属于其中的 合金弹簧 钢o6）工程上常用的特殊性能钢有 不锈 钢、 耐热 钢、 耐磨 钢等。（7） 常用的高速钢有 W18O4V 和 W6Mo5Cr4V2（或6542）。其显著特点为具有很好的 热硬性。（8） 工业铸铁一般分为 灰 铸铁、 球墨 铸铁、 蠕墨 铸铁和 可锻 铸铁。它们的性能 区别主要由于石墨的存在形态不同。KTH300-06表示最低抗拉强度为300MPa 、最低断后伸 长率为6%的 可锻 铸铁o（9 ）普通灰铸铁按基体不同可不为 铁素体灰铸铁 以 孕育铸铁 的强度和耐磨性最好。（10）依据其成分和工艺性能，铝合金可分为 变形

4、铝合金 和 铸造铝合金 两大类,ZA1101和7075变形铝合金。元素较多。而以竦为主加元素的铜合金称为白铜 。可分丸 直线 流线、断续 一流线和 波浪流线。可锻r=i两大类。_钢。 钢、耐崖I =1铸铁、蠕墨珠光体灰铸铁孕育铸铁。其中(11)(12)(13)分别属于铸造铝合金 和不锈钢耐腐蚀性能强的主要原因是因为含 以锌为主加元素的铜合金称为黄铜 钢的化学成份不同，火花流线形状不同，2.选择题：），硬度最高的是（A ）。D. 20）,塑性最好的是（B ）。D. 9SiCr（1） 下列牌号的钢中，硬度最低的是（CA.T12 B. T7 C. 08F（2） 下列牌号的钢中，强度最高的是（DA.

5、T8 B. 10 C.45 钢（3）下列牌号的金属材料中，属于合金工具钢的是（D ）。A. Q235 B. QT450-10 C. ZCuZn38 D. Crl2MoV（4 ）下列牌号的铸铁中，性能最好，甚至可“以铁代钢”的是（B ）。A. RuT340 B. QT900-2 C. HT200 D. KTZ650-02（5 ）下列合金钢中，属于合金渗碳钢的是（A ）,属于合金调质钢是（CA. 20CrMnTi B. GCrl5 C. 38CrMoAl D. CrBln（6 ）下列牌号的钢中，含碳量最高的是（C ），含碳量最低的是（B ） oA. 40Cr B. 20CrMnTi C.T10 D

6、. 9SiCr（7）下列牌号的铝合金中，用量最大的是（C ）A. LD7 B. LF21 C. LY12 D. 7075（8 ）下列牌号的铜合金中，最贵的铜合金是（D ）。属青铜的是（B ）A. ZCuZn38 B. QSn4-3 C. H68 D. B30（9） 下列牌号的金属材料中，硬度和抗压强度最高的是（D ）0A. T12 B. YG15 C. QT900-2 D. Crl2MoV（10） 下列牌号的钢中，常用于作木工工具的是（A ）oA. T7 B. Q235 C. T12 D. 453.判断题：（I） 金属材料比高分子材料和陶瓷材料的强度、硬度都高。 （X ）（2 ）金属材料具有良

7、好的导热导电性是因为结合键中有自由电子。 （V ）（3 ）黄铜是人类最早使用的金属材料。 （X ）（4 ） 45钢的价格较便宜，综合力学性能好，应用广泛。 （V ）（5 ）硬质合金硬度很高，而且能进行热处理和切削加工。 （X ）（6） 铝合金的比强度比钢要高，是汽车轻量化的主要应用材料 （V ）（7） 铝合金都能通过加工强化和热处理强化提高其强度和硬性 （X ）（8 ）滑动轴承的轴瓦为了提高耐磨性，都使用高硬度的合金钢 （V ）（9 ）钢结硬质合金硬度和强度比高速钢高，而且价格较便宜，有取代高速钢来制造各类机床刀具的趋势。（X ）（10）铸铁的减振性和耐磨性比碳钢好，一般用来制造各类机床底座。

8、 （V ）（II） 可锻铸铁是因为其可锻性好而命名。 （X ）（12） 40号钢的火花特征是火花束较粗，流线多而细，尾部渐粗且下垂。 （V ）（13） 火花鉴别法因为简便有效，广泛应用于各类合金钢的鉴定。 （X ）（14）铸铁的减振性较好，敲击时声音较低沉，而钢材敲击时则可发出较清脆的声音。（V ）三、应用拓展题：根据木项目所学知识，观察教室和宿舍里的各类器具和用品，哪些是由金属材料制作？可能是什么金 属材料？如不能确定，可咨询老师或上网搜索。一、思考题1.金属的力学性能包括哪些？各自有何实际工程意义？2.画出低碳钢的力一伸长曲线，并简述拉伸变形的几个阶段。3.零件的变形和断裂分别与材料的哪个

9、力学性能指标相关？4.布氏硬度和洛氏硬度各应用于什么金属材料？它们之间的数值关系如何？5.常见的金属晶体结构有哪几种？其原子排列密度有何差异？6.实际的金属晶体中存在哪些缺陷，对金属的力学性能有何影响？7.为什么单晶体具有各|可异性，而多晶体一般不显示各时异性？8 .什么是细晶强化？什么是形变强化？它们强化的效果有何不同？9.细晶粒组织为什么具有较好的综合力学性能？细化晶粒的基本途径有哪些?10.简述金属的冷加工和热加工的区别及对材料组织和性能的影响。二、练习题（1）金属材料的物理性能包括：密度、 熔点、导电性 、 导热性、热膨胀性 和磁性。由于密度小， 钛及钛合金 在航空工业中应用广泛。切削

10、加工性能和屈服阶段、塑性变形阶段（2 ）金属材料的工艺性能包括： 铸造性能 、 锻造性能、（3）低或钢拉伸实验过程中的变形阶段包括： 弹性变形 阶段、和缩颈断裂 阶段。（4）拉佃过程中材料能保持弹性变形的最大应力称为（5） 金材料的塑性指标是 断后伸长率 和 断面收缩率。（6） 硬度根据测定方法的不同，分为 布氏 硬度、 洛氏 硬度和 维氏 分度。（7） 材料在 冲击载荷 作用下抵抗破坏的能力称为冲击韧度,它的单位为J/cm2（8）金属常见的晶格类型为： 体心立方、面心立方密排六方 其中金属铭属于顼心立方；铜届于面心立方 ；镁屈于 密排六方（9 ）根据几何特征，晶体缺陷一般分为以下三类点缺陷、

11、线缺陷、面缺陷。（10）工业上将通过细化晶粒以提高材料强度的方法称为细晶强化；通过冷塑性变形提高金属的强度和硬度的方法称为 形变强化。（11）在金属学中，冷热加工的界限是以 再结晶 温度来划分的。2.选择题：（1 ）晶体中的位错属于 D ；晶界属于 CA.体缺陷 B.点缺陷 C.面缺陷 D.线缺陷（2）室温下的纯铁为Q-Fe,它的品格类型是 BA.面心立方 B.体心立方 C.密排六方 D.简单立方（3）退火、正火后的零件用一般用 硬度表示，淬火后的零件一般用 硬度表示。A. HBSB. HRC C. HRA D. HV（4 ）晶体的滑移是通过晶体中的 在切应力的作用下沿着滑移面逐步移动的结果。

12、A.空位 B.晶界 C.间隙原子 D.位错（5）当应力超过材料的 B ,零件会发生塑性变形。A.弹性极限 B.屈服极限 C.抗拉极限 D.疲劳极限（6）在交变载荷工作条件下的零件材料要考虑的主要的力学性能指标为 CA.塑性 B.硬度 C.疲劳极限 D.强度（7 ）材料的耐磨性与 的关系密切。A.熬性 B.硬度 C.疲劳极限 D.强度（8 ） 一般来说，金属材料的 D 高,其观性就好。A.硬度 B.屈服强度 C.抗拉强度 D.屈强比（9）用扎制板材冲制筒形零件时，在零件的边缘出现“制耳”主要是因为存在BA.加工硬化 B.形变织构 C.残余应力 D.纤维组织（10）下列不属于金属的再结晶过程中发生

13、的变化是 oA.金属晶体形状发生了变化B.金属的加工硬化消除，强度和硬度降低、槊性提高C.金属晶体的结构发生了显著变化D.纤维组织和形变织构得以消除3.判断题：（I） 碳钢的含碳量越低，硬度就越低，其切削加工性能越好。 （X ）（2 ）铸铁比碳钢铸造性能好，其主要原因是熔点较低，流动性好。 （V ）（3） 凡是导电性好的金属其导热性也好。 （V ）（4） 晶体缺陷越多，则金属的强度和硬度就越低。 （X ）（5） 工程实际应用的金属材料大多是多晶体材料。 （V ）（6） 纯铁晶体属于体心立方晶格。 （X ）（7） 在常温下，晶界比晶内易受腐蚀，晶界处熔点低，但晶界处不易产生塑性变形，故晶界处硬度

14、和强度均较晶内高。 （V ）（8） 细晶强化与形变强化都能使材料强度和硬度提高，但塑性和韧性降低。 （X ）（9） 有纤维组织的金属板材，平行于沿纤维方向的强度高于垂直于纤维方向。（V ）（10） 低碳钢拉伸实验中，应力超过屈服点后不会立刻在局部形成缩颈是因为己变形的部分得到了形变强化而比未变形的部分强度高。 （V ）（II） 金属的变形程度越大，其再结晶越容易进行，所以再结晶温度越低。 （V ）（12）金属的热加工是指在室温以上进行的塑性变形加工。 （X ） 4 .计算题（1 ） 一低碳钢试样，原始标距长度为100mm,直径为lOnini。试验力达到18840N时试样产生屈服现象， 试验力达

15、到36110N时出现缩颈现象，然后被拉断。将已断裂的试样对接起来测量，标距长度为133mm,断 裂处最小直径为（|）6颇。试计算该材料的。、。口 8、（2 ）某金属材料的拉伸试样Lo=lOOmm,do=lOmm,拉伸到产生0.2%塑性变形时作用力（载 荷）Fo.2=6.5x 103N;Fb=8.5x 103N.拉断后标距长为L【=120mm,断IJ处最小直径为d=6.4mm,试求该材 料的。0 2、4及8、v o（3 ）有一根环形链条，用直径为（Onrni的钢条制造，已知该钢条Qs =314MPa,试求此链条能承受的最 大载荷是多少？三、应用拓展题：根据相关材料手册和书籍，查出10钢、20钢、

16、30钢、40钢、50钢、60钢的。卜。s（或。0.2）、&、 -、k的数值，并画出以横坐标为钢号，以纵坐标为各种力学性能的关系曲线。一、思考题1.为什么单晶体具有各I可异性，而多晶体一般不显示各仙异性？2.合金的结构与纯金属的结构有什么不同？合金的力学性能为什么优于纯金属？3.细品粒组织为什么具有较好的综合力学性能？细化晶粒的基本途径有哪些？4.合金中的相与组织有何联系和区别？5 .固溶体与金属化学物的结构与性能有何区别？6.固溶强化、形变强化、细晶强化三者之间有何区别？7说出一次渗碳体，二次渗碳体，三次渗碳体，先共晶渗碳体，共晶渗碳体，先共析渗碳体，共析 渗碳体，网状渗碳体它们之间有何异同？

17、8.为什么金相试样必须经过浸蚀才能用观察到显微组织，其原理是什么？9.结合铁碳相图解释：（1）包扎物品一般用铁丝；（2 ）钢一般用冲压、锻造成形；（3）铸铁一般用铸造成型。10.如果其它条件相同，试比较下列铸造条件下，铸件晶粒的大小：（1） 金属型浇注与砂型浇注；（2） 浇注温度高与浇注温度低；（3） 铸成薄壁件与铸成厚壁件；（4） 厚大铸件的表面部分与中心部分；（5） 浇注时采用振动与不采用振动。二、练习题1.填空题（1 ）纯金属的实际结品温度与平衡结晶温度的差值AT称为 过冷度 。（2） 根据结晶条件的不同，可将形核方式分为 自发形核 和 。（3） 实际生产中，细化晶粒常可采用的方法有 增

18、加过冷度、变质处理 和附加振动。（4 ）铸锭的宏观组织是不均匀的，通常由表层 细晶 区,中间 柱状晶 区和心部 等轴晶区 三 个晶区组成。（5）合金是指由两种或以上的金届或金届与非金属组成的具有 金属 特征的物质。（6 ）根据溶质原了在晶格中所占位置不同，固溶体可分为 间隙 I固溶体和 置换 固溶体两类。按溶质原子的溶解度不同可分为有限 固溶体和无限 固溶体。（7）晶内偏析一般在显微镜下呈 树枝状 分布,所以又称为 枝晶偏析 。（8 ）工业纯铁在912C以下的同素异构晶体称为,其晶格类型为 o（9 ）含碳量为0.77% 的奥氏体在 727C的温度下发生共析转变形成 珠光体 组织。（10） 碳在

19、a-Fe中形成的过饱和固溶体称为马氏体 。（11） 平衡状态下20、T8、T12钢的室温组织分别为 铁素体+珠光体 ， 珠光体 和 珠光体+二次渗碳体 。（12） 共析钢在室温下的平衡组织为危光，它是由 层片 状交替排列的铁素体和渗碳体组成,经球化退火后，其中的 渗碳体 变为球状,故称为 球状珠光体 。2.选择题（1）在单一的二元匀晶相图中，其组元在固态下形成 CA.间隙固溶体 B.有限固溶体 C.无限固溶体 D.金属化合物（2）下列选项中 A 是铁碳合金组织而不是组成相。A.莱氏体 B.铁素体 C.奥氏体 D.渗碳体（3 ） 45钢平衡结晶的室温组织为 oA.铁素体+珠光体B.珠光体C.珠光

20、体+渗碳体 D.奥氏体+渗碳体（4） 将T12钢缓慢加热到800C时，其组织为 。A.铁素体+珠光体B.珠光体C.珠光体+渗碳体 D.奥氏体+渗碳体（5） 下列合金中，熔点最高的是 B ；熔点下低的是 D A.共析钢 B.亚共析钢 C.过共析钢 D.共晶白口铸铁（6） 过共晶白晶铸铁的液相在共晶共变前结晶出的渗碳体称为 A A. 一次渗碳体 B.二次渗碳体 C.三次渗碳体 D.共晶渗碳体（7） 过共析钢的球化退火是使组织中的变成球粒状，从而改善力学性能。A. 一次渗碳体 B.二次渗碳体 C.三次渗碳体 D.共晶渗碳体（8） 下列牌号的钢中，强度最高的是 ；塑性最好的是 。A. 20 钢 B.

21、45 钢 C. T8 钢 D. T12 钢3.判断题（1）能形成无限固溶的固溶体一定为置换固溶体。 （V ）（2 ）在共晶相图中，只有共晶成分的合金能会发生共晶反应。 （X ）（3）因为奥氏体为高温相，所以钢的室温组织中不可能有奥氏体。 （X ）（4 ）只要铁碳合金的成分线与共晶线相交，其平衡结晶就会发生共晶转变。（V ）（5） 发生了共析转变的钢称为共析钢，其室温组织为珠光体。 （X ）（6） 所有白口铸铁的结晶过程基本相同，其室温组织组成相同，只是碳的含量不同，各组织的数量多 少不同。（4 ）（7） 白口铸铁的力学性能很差，所以一般不用来制造机械零件。 （V ）（8 ）铁碳合金中，含碳量越

22、高，强度和硬度越高，塑性和韧性越低。 （X ）三、应用拓展题：选取钢、白口铸铁及灰铸铁试样，按照金相试样制作流程和步骤完成金相的制备，并通过金相显微镜 下对试样组织进行观察和比较分析，并确定其大致成分。一、思考题1.淬火钢为什么要进行回火处理？2.在T7钢、10钢、45钢及65钢中选择合适的钢种制造汽车外壳（冷冲成型）、弹簧、车床主轴及 木工工具。并回答下列问题：（1） 采用哪些热处理方式？加热温度为多少？（2） 组织和性能如何？3 .确定下列钢件的退火方法，并指出退火的目的和退火后的组织：（1） 经冷轧后的15钢板，要求降低硬度；（2） ZG35的铸造齿轮；（3） 锻造管的60钢锻坯；（4）

23、 具有片状渗碳体的T12钢坯。4.有两个T10钢小试样A和B, A试样加热到750C, B试样加热到850C,均充分保温后在水中冷 却，哪个试样的硬度高？为什么？5.将直径的T8钢试样，加热至760C,保温足够时间，用下列冷却工艺，将伏得何种组织？（1） 620V等温退火；（2）油淬火；（3）随炉冷却；（4） 400V等温淬火；（5） 水淬火； （6）水淬火150C,马上加热到500C等温足够时间。6.为下列材料的热处理工艺选择合适的加热范围，并说明理由。（1） 20钢淬火；（2） 20钢正火；（3） 40钢高温回火;（4） T10钢淬火;（5） T10钢正火；（6） T10钢低温回火。（温度

24、选择用Acl,Acm等代号表示）7.上贝氏体和下贝氏体比较，哪一种力学性能好？为什么？8.说明下列零件的淬火及回火温度，并说明回火后获得的组织和硬度：（1） 45钢小轴（要求有较 好的综合罚学性能）；（2） 60钢弹簧；（3） T12钢铿刀。9 .什么是网火脆性，一般采用何种方法避免网火脆性？10.用热处理基本工艺曲线形式表示不完全退火、完全退火、淬火、I门I火工艺。11.简述电阻炉的种类、优缺点和适应范围。12.简述热电偶的测温原理。二、练习题1 .填空题:(1 )(2 )(3 )体(4 )体。(5 )(6 )处理。作种热处理工艺过程都是由加热 、保温 、冷却 三个阶段组成.热处理基木工艺参

25、数：加热速度，最高加热温度，保温时间和冷却速度共析钢过冷奥氏体等温转变二个转变区的转变产物分别为 珠光体 ， 贝氏体保温冷却马氏共析钢淬火后，低温、中温、高温IE火组织分别为回火马氏体 ，回火托氏体，回火索氏钢的淬透性主要取决其临界冷却速度，马氏体的破度主要取决 含碳量 。低碳钢为了便于切削，常预先进行 正火 处理;高碳钢为了便于切削，常预先进行_火（7）索氏体的渗碳体是 形貌。回火索氏体中的渗碳体是 颗粒状 形貌。（8 ）欲消除过共析钢中大量的网状渗碳体应采用 球化退火 ，欲消除铸件中枝晶偏析应采用 扩散退火 O（9）马氏体形态主要有-针状马氏体 和 板条马氏体 两种,其中针状 马氏体硬度高

26、、型性差。（10） 铝合金的时效方法可分为|然时效和人T.时效 两种。（11） 45钢正火后渗相体呈 片 状,调质处理后渗碳体呈 颗粒 状。（12） 中温回火主要应用于 弹簧、锻模等 典型零件处理,回火后得到 组织。（13）有一批45钢工件的硬度为55HRC,现要求把它们的硬度降低到200HBS （20HRC）,可采用_退 火,正火 和高温|口|火 方法。2.选择题：（1） 对于亚共析钢，适宜的淬火温度一般为I）,淬火后的组织为均匀的马氏体。A. Acl B. Acl+3050C C. Acm+305（TC D. Ac3+3050C（2） 为了获得使用要求的力学性能，T10钢制手工锯条采用 C

27、 作为最终见处理。A.调质 B.正火 C.淬火+低温回火 D.完全退火（3 ）一般说来，淬火时形状简单的碳钢工件应选择 作冷却介质，形状简单的合金钢工件应选择业 作冷却介质。A.机汕 B.盐浴 C.水 D.空气（4） T12钢制造的工具其最终热处理应选用A.淬火+低温回火 B.淬火+中温|可火 C.调质 D.球化退火（5） 马氏体的硬度主要取决于 AA.碳的质量分数 B.转变温度 C.临界冷却速度D.转变时间（6） 碳钢的正火工艺是将其加热到一定温度，保温一段时间，然后采用 C 冷却形式。A.随炉冷却 B.在汕中冷却 C.在空气中冷却 D.在水中冷却（7） 要提高15钢零件的表面硬度和耐磨性，

28、可采用的热处理方法是 。A.正火 B.整体淬火 C.表面淬火 D,渗碳后淬火+低温回火（8 ）在制造45钢轴类零件的工艺路线中，调质处理应安排在 B oA.机械加工之前 B.粗精加工之间 C.精加工之后 D.难以确定（9） 高碳钢最佳切削性能的预备热处理工艺方法应是 A oA.完全退火 B.球化退火 C.正火 D.淬火（10） 在W18Cr4V高速钢中，W元素的作用是 C 。A.提高淬透性 B.细化晶粒 C.提高红硬性 D.固溶强化（11） 可热处理强化的变形铝合金，淬火后在室温放置一段时间，则其力学性能会发生的变化是A oA.强度和硬度显著下降，塑性提高 B.硬度和强度明显提高，但卿性下降C

29、.强度、硬度和卿性都明显提高 D.硬度和强度明显提高，但型性下降3.判断题（1 ）热处理理不但可以改变零件的内部组织和性能，还可以改变零件的外形，因而淬火后的零件都会发生变形。 （V ）（2 ）钢的含碳量越高，选择淬火加热温度就越高。 （X ）（3 ）淬透性好的钢淬火后硬度一定高，淬硬性高的钢淬透性一定好。 （ X ）（4） 高合金钢既有良好的淬透性，又有良好的淬硬性。 （V ）（5） 马氏体转变时体积胀大，是淬火钢件容易产生变形和开裂的主要原因之一。（V ）（6 ）马氏体的等温转变一般不能进行到底，完成一定的转变量后就停止了。 （ V ）（7 ）由于钢回火时的加热温度在A1以下，所以淬火钢在

30、回火时没有组织变化。（X ）（8）低碳钢为了改善组织结构和切削加工性，常用正火代替退火工艺。 （V ）（9 ）有高温|可火脆性的钢，回火后采用油冷或水冷。 （X ）（10） 使钢中碳化物球化。或获得“球状珠光体”的退火工艺称为球化退火。因其也能够消除减少化学成分偏析及显微组织的不均匀性，所以也称为扩散退火。 （X ）（11） 调质处理的主要目的是提高钢的综合力学性能。 （V ）（12） 回火温度是决定淬火钢件回火后硬度的主要因素，与冷却速度无关。 （V ）三、应用拓展题:现有20钢齿轮和45钢齿轮两种，齿轮表面硬度要求52IIRC55HRC,问采用何种热处理可满足上述要 求。比较它们在热处理后的组织与力学性能的差别。一、 思考题（1） 表面处理的主要作用有哪些？（2） 金属材料有哪些常用的表面处理工艺方法？（3） 火焰表面淬火与感应表面淬火各自有什么应用特点？（4） 什么是表面化学热处理？它的基本原理与过程是怎样的？（5） 渗氮的原理是什么？常用的渗氮方法有哪些？（6 ）氮碳共渗与渗氮有何区别？常用的氮碳共渗的方法有哪些？（7 ）用20钢进行表面淬火和用45钢进行渗碳处理是否合适？为什么？（8） 根据工艺目的不同，磷化工艺有哪些分类？各自有何应用特点？（9） 化学气相沉积主要有哪些方法？主要应用于哪些方面？（10） 比较热喷涂与喷丸强化的原理及应用有何特点？二、 练习题