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文档简介

1、搅拌头材料汇总与分析hi4.1.1豁 铅是耐热钢中抗高温氧化和抗高温腐蚀的主要元素,并能 提高耐热钢貯热强性。钢中含铅量足够高时,能在其表面上形成一层致 密的cqos膜这种氧化膜在一定程度上能阻止氧、硫、氮等腐蚀性气 体向钢中扩散,也能阻碍金属离子向外扩散,在一定的温度范围内还能 形成-层保护性良好的尖晶石型的复合氧化膜,如含银、钻的耐热钢在 其表面上形成一层nk) - (:r2o3复合氧化膜,增强了钢的抗高温氧化 能力c耐热钢的抗高温腐蚀性能与其含幣量有定的关系。当钢含豁 约达12%时,钢的抗高温氧化能力有明显提高,当路含量达22%时,在 1000*0下其抗高温氧化的性能是极为良好的,此时在

2、其表面上形成一 层连续而又致密的氧化膜。因此常用的耐热钢的铸含量应不低于12% (crl3型)。一般箔含量均在18%22%之间(18-8型和cr25ni20 型)。由于鋁的熔点高(19030,本身具有优异的抗蠕变性能。在低合 金耐热钢中加入1%左右絡就能明显地提高钢的抗蠕变性能,特别是 含l%cr和0.5%mo的低合金耐热钢能明显提高其热强性。在高合金 奥氏体钢中加入珞能提高钢的热强性,这是由于加锯使强化相在高温 下得到强化,例如,賂的碳化物得到了强化。4.1.2镰 银是耐热钢中的重要合金元素之一。为了使钢在室温下获 得纯奥氏体组织,具中银含量不能低t 25% "但当钢中含有其他合金

3、 元素时为获得纯奥氏体组织银含量可适当减少。例如,当钢中含碳量 为0- 1 %含俗量为18%时为了获得钢的纯奧氏体组织,含葆量为8% 即可,这就是典型的18-8型奥氏体耐热不锈钢。当钢中含有其他铁素 体形成元素时,为获得蔬奥氏体组织,含線量就要增加,如不增加標含量,或降低锂含量,就会岀现y十a双相组织,或岀现不稳定的奥氏体组 织,冷加工时可能产生相变(奧氏体组织转变为马氏体组织)。413铝 钮为难熔金属熔点髙(2625 c)。钿固溶到基体金属中能 提高固溶体的再结晶温度。钮是缩小7-fe相区、扩大a-fe相区的合金 元素,又是强碳化物形成元素。对提高耐热钢的热强性有较好的作用。铝在铁中可显著地

4、抑制铁的自扩散,提高固溶体的再结晶温度。在含铝的低合金耐热钢中,钮的作用是强化固溶体及形成性质优异的细小的碳化物相。常见的鉛钮低合金钢(如2ycrm。钢)就是典型代表。相 在高合金奥氏体钢中的主要作用是形成时效强化相。在奥氏休钢屮,- 般钮含量为4%6%。4. e4鹄 鸭为难熔金属,熔点高(3380c)。铸固溶到基体金属中提 高固溶体的再结晶温度。磚是缩小"fe相区、扩大a-fe相区的合金元 素,是强碳化物形成元素。对提高耐热钢的热强性有较好的作用。在珠 光休型耐热钢中,加鹄可提高固溶体的热强性。在铁素体型耐热钢中加 铸有两个目的:在12%cr钢中加鹄一是强化a相固溶体,提高固溶体的

5、再结晶温度,阻碍扩散;另一方面是产牛弥散强化,或者以复杂的 化物形式出现,或者以富鸭的金属间化合物形式出现。铸的作用在高合 金奥氏体耐热钢中的作用尤为明显口4.i.5饥 饥为难熔金属,熔点高(19101)。飢是缩小儿兔相区.扩 大afe相区的合金元素,是强碳化物形成尤素。对提高耐热钢的热强hi性有较好的作用。锐在耐热钢中的作用与钮和钙类似,但与它们不同的 是锐不能强化固溶体也不能提高固溶体的再结晶温度。帆在铁素体和 奥氏休耐热钢中之所以能提高其热强性都是通过形成细小均匀分布的 碳化物而起作用的,因为飢的碳化物是一种十分稳定的碳化物。锐是提 高铁素体型耐热钢的热强性的有效元素饥也在奥氏体型耐热钢

6、中获得应用,但肌含量一般在0. 3%0. 5%之间。iii4.1.6硅硅是耐热钢中抗高温腐蚀的有益兀素,同时,在钢中加入 硅也能改善它在室温条件下工作的性能。高温下,在含硅的耐热钢表面 上形成一层保护性好、致密的sio?膜。钢中含硅量达1%2%时,就 有较明显的抗氧化效果。当钢中含硅量过多(超过2%)时,会导致钢的 力学性能变坏。因此,耐热钢中的硅含量一般不超过2%。硅与其他合 金元素同时使用时,常有更为优异的抗氧化效果。如在cr5mo钢中的 硅含量从0.2%增加到1%时,显著地提高了该钢的抗高温氧化性能. 当钢中含硅量超过2%时,可使它的使用温度提高到800 c左右。硅与 铝共同合金化对提髙

7、钢的抗高温氧化性能有明显效果。4.1.7铝铝是耐热钢中抗氧化的重要合金元素。含铝的耐热钢在其表面上能形成一层保护性良好的a1q膜,它的抗氧化性能优于膜.当耐热钢中含铝量达6%时,可使钢柱980c下具有良好的抗氧化性能。但当钢中的铝含量达到或超过8%时,却显著地降低钢的 魏性和焊接性能,使钢难于塑性加工及焊接。所以,耐热钢中的铝含量 一般不超过6%。4.1.8 钛 钛是强a-fe形成元素,在feti二元合金中,钛在九仇 中的溶解度只有0. 65%,但是钛与fe能形成一系列的金属间化合物, 同时钛乂是强碳化物形成元素之一。因此,含钛的耐热钢主要是靠其形 成极细小而又弥散分布的碳化物和金属间化合物来

8、起作用的。所以,耐 热钢中的含钛量均不太多。到目前为止,钛在低合金耐热钢中的应用并 不多"钛是188型锦辂奥氏体耐热钢中的主要稳定化元素,其目的是 防止晶间腐蚀。在某些沉淀硬化型奥氏体耐热钢(或铁基合金)中,钛与 银等能形成金属间化合物(如ni3ti),以达到提高热强性的目的。4.1.9锯 視是缩小了fe相区的合金元素在a-fe中有一定的瘩解 度。在铁基合金中含0.5%nb就足以取得弥散强化的效果。锯也是强 碳化物形成元素,饶的碳化物在高温下十分稳定,只比钛的碳化物略为 逊色。由于锦具有良好的热强性,因此,锯在低合金耐热钢和高合金耐 热钢中都获得了广泛的应用。含録的多元合金化的珠光体

9、低合金耐热 钢在蒸汽发电机中的使用温度可达550co链在含箔为12%的耐热钢 中获得应用,提髙了钢的热强性。在高合金耐热钢中锂的碳化物析出对提高其热强性占有重要的地位,因此钢中的含碳量与含锂量存在看一 定的比例关系.含铤的低碳(0.01%0.07%)奧氏体耐热钢中的锯含 量应为10x%c.因此,高合金耐热钢中的褪含量般为1%2%" 4.1.10钮铉与锯在兀素周期表中为同族,铉在耐热钢中的作用与 铝类同。由丁钮的价格昂贵,在一般耐热钢中基本不加钮,但通常随钢 中加規时带入。通常只在铸造高温合金屮加钳。4. 1. 11硼 硼与氮和氧都有很强的亲和力。钢中微量硼<0. 001 x)就

10、 可以成倍地提高共淬透件.硼吸附在奧氏体晶界上,降低了晶间的能 暈虹抑铁索体晶核的形成,因而延长了先共析铁累体和上贝氏体转变 的孕育期.硼只有以固溶形式心农r钢中才能起到有效作用。当硼与 钢中残留的氮、氧化合形成稳定的夹杂物时,反而对钢的性能有不利的 作用。在珠光体耐热钢中,微量硼可以捉高钢的高温遏度;在奧氏体耐 热钢中加入0.()25%e可以提高其抗蠕变性能,但硼含量较高时,其作 用相反。加入硼强化晶界对增强耐热钢的持久强度十分重要。硼原了 主要分布在晶界上.因此硼对强化晶界起着重要的作用。4.1.12稀土元索 稀土元索对提胚耐热钢的抗氧化件能有较射显的 作用.稀土元素的氧化物町以增加基休金

11、属勺氧化膜之间的附着力,因 为稀土氧化物对基体金属有“钉扎"作用。稀上兀素锤和钵能降低cr2()s的挥发性,改善氧化物的组成,变成更加稳定的(cr、la)<6氧化物膜、抑制在110c1200 c范围内形成易分解的nio膜。稀土元索也是钢中很好的脱硫去气剂,可以清除其他(如碑、拂、锤等)有害杂质, 可以改善钢中夹朵物的形状和分布状态,从而改善和提高钢的质量和 耐热性能。稀上元素对钢的晶粒度细化有一定的作用。稀土元索与轼、 硫、磷、氮、氢等的亲和力都很强,和碑、铸、铅、铤、锡等也都能形成熔点 较高的化合物.冈此,是很好的脱氧、去硫和清除其他有書杂质和气体 的添加剂。稀土元索能提高耐

12、热钢的抗蠕变性能。在cr25ni20耐热钢 中加入混合稀土,可提高其在650 c时持久强度的25%;在crl3nil6nb和ni36crtial等钢中加入0. 01%cc,对其抗蠕变强度都有不同程度的提高。4- 1.13 钻 钻在奥氏体型耐热钢中的作用与鎳的作用类似,扩大7 相区钻在钢中的另一作用是能起到淬火时减缓应力和晶格畸变的作用。在无析岀相的均匀川溶体中,钻固溶到奥氏体中,增强了固溶休晶 格的结合能,从而提高了钢的热强性。此外耐热钢中含钻的重要作用是配合钢中所含其他合金兀素起到弥散析出强化作用而提髙钢的热强 性。此时钻减慢固溶到丫相中的复杂碳化物的析出过程,并改变了含钻碳化物的待征。含钻

13、耐热钢的另特性是钻有助于钢的形变热处理 在形变热处理后含钻钢的强化作用比不含钻的钢要髙50c.在銘鎳奥 氏体型耐热钢中加钻对提高该钢的耐高温腐谀性能是有利的。钻是 种稀有而昂贵的金属应当节约使用。4.1.14镒 猛是良好的脱氧剂和脱硫剂。毎能消除或减弱钢因硫所 引起的热脆性,从而改善钢的热加丁性能,镒和铁珞成固溶体,提高钢 中铁素体和奥氏体的硬度和强度;猛同时又是碳化物形成元素,进入渗 碳体中取代-部分铁原子。镒在钢中由于降低临界转变温度,起到细化 珠光体的作用,也间接地起到提高珠光体钢强度的作用。镭扩大铁碳平 衡相图中的了相区,它使钢形成和稳定奥氏体组织的能力仅次于謀,以 猛代操的耐热钢有广

14、泛的用途。镒对钢的高温瞬时强度虽有所提高、 但对持久强度和蠕变强度则没有什么显著的作用。ir?in4. 1. 15 碳 碳是钢中不可缺少的元素。碳在钢中既扩大y相区,又是 高强度的碳化物的组成兀素。碳在钢中的强化作用与它所形成的碳化 物的成分和结构有着密切的关系,其强化作用也与温度有关。随着温度 的升高,山于碳化物的聚集,强化作用有所下降。钢中碳禽量增加,会降 低钢的塑性和町焊性。因此,除强度要求校高的钢种外,般奥氏体型 耐热钢中的碳含量都腔制在较低的范围内.4.1.16氮 氮作为合金化元索在奥氏体型耐热钢中的作用与碳有些 类似.氮能扩人丫相区,对奥氏体的稳定作用比碳还强烈。它能与奥氏 体型耐

15、热钢中的其他合金元素(如钛、锐等)形成特殊的氮化物,因此影 响到钢的晶粒度和淬透性。在含碳的合金钢中,氮提高了淬透性,降低 了过热的敏感性,同时增强了碳化物的稳定性,一般在奥氏体型耐热钢 中氮含量控制在0. 1%0. 2%之间。在铭镰奥氏体型耐热钢中含氮可 提高钢的热强性,几乎对脆性无影响。其原因可能是由于析出弥散的氮 化物所致。22豈采用搅拌廣擦焊接的金風所选用的搅样头材门搅拌头材料研究状态斤通钳合金 所育怡合金(7*xx<b合金厚度 卞m硕m应用于商业讣 . c j h i12 mm樣合金1.0. fi&m钻合金mh59帀金属mp159.榇合金.wc-h13和其他漠具钢快速发

16、展快速发展研究中v6 mm10 mm6 mmw 25kew 25 rew 25rr- pcbn研究中研究中研究中(1时效硬化型操甚高温合金gh4169擦基高温合金gh4169广泛应用于重要产品零件的制造,其主 要物丹件能如表2-3所示。从表中可以看出,工作温度达到7()()( ?嘗1;9仍能保持校好的性能.可以作为搅拌头的制造材料。试釆用高温合金gh4169制作的搅拌头可以用来焊接3 mm 'i' i讐lcx ly12等各种铝合金及铝基复合材料接头抗 cl豐黑到母材的嘶"%,75%70%,焊缝质权 °以丄的工作环境下,搅拌头有很严重的磨损,因此选用级4169

17、作为搅拌头制造材料时.在匚程化应用中需耍考虑使 川厶川了的m迺防止因搅拌头的炳损而影响焊接接头质钛_般来 说采用创如阻制逖漫把逊塹1刎虫述1回以鼻得质 驰躍期s理边她g/' 壓齢机加心删哑少垓狀肩辿泄行吐效处理化搅拌头获得较好的硬度和性能.哀2-3高溫合金gh4169的主要物理性能 *沮度/匸 2010020030q40qs00600700800900 1 (xx)弹性wft/gpa线膨胀系数"11。丨热导率/w/(m k)210 205k)13-213-314. 6520013.815.91193187180173168mo 14.615>0 15.8 17.0 18

18、.4 18.7r玲,7o/0 - 刃d17.58 1&84 20. 1(/ 21. 77 23.03 241 2« 25.96 27.63(2)热作模具钢hl3 " %少匸阿旳恐隹矍i钢丄ll3a当壬国i避邑归mesixl含洛量中等.含有易形成碳化物的合金元素.如鸭、铝和锐.具有良好的抗髙温软 化性能。该合金貝克弦低的含碳里和歿低的总合金含量xi 作硬度下(通常为 归旳皿1的鈕性:兵有较高的含鸭量和含审量. 町提高热强度但其韧性稍微有所降低;a有锐元素可以提高高温下 的抗侵蚀性(抗侵蚀曆损);含硅元索可以改进温度在smi以下时 的抗氧化性能。热作模具钢h13的主要物

19、理特件如表?:和毘2-5 所示,工作温度一般在540 "c左右。表2-4热作模具钢h1j的物理特性密度热矗胀系数pprn/cm k)j20-100 r10.4215 v20200 v 20-425 v 20-540 t 20-650 x?11.5350 x:475 v605 r28.728.4«2-5热作竺竺竺竺空 孑卜硼度f 1(川h鞋的確度/hrctt71t (:3()x700 t 9crl8mo801790181kv17yhcrl7dcrl8mo9crl«movocrl7nmcu4nb0crl7ni7al0crl5ni7mo2al化气沒分*csimnpsni

20、crmocan0.75 j<1.00-1.00<0. oas<0.0303>16. 00-18.004)0950.g80<a 80<0.035go. 030 3)17.00-19.004) l000. 95 1.20ci.00goog 035s 0303)16.00-ib. 004)0. 95 <1.00w1.2s<0.060>0.153)16. 0018004>l200. 05-uo 80<0.80vo. 035<0. 0303>16- 00-i & 000.40 *0. 701.100.85 60 ros

21、 806aot5co. 0303)17. 0019 00l 00*1. 30v0. 07-0.120.95s 07<1.00cl.00<0. 035<0. 030300 5.0015. 5017. 503. 00-5.00nb 0.15-0.45<0.09<1.00<l00£0 035w0 0306.50-7.7516.00-18.00<0. 50 al a 75l5oco. 09<1.00gooco. 035co. 0306 50-7.50m&oo200300一al 0.75-1.<w1afft号退火后 的厦度 hb不大

22、十"铮岸火j问丈的力卡性殊-枪伸诞*度试*遇ah火k火0.1 mpampak%xkjhrmehv不力卜t.lcrl2800900 冷农筠750快冷930 *1000 «|4700-750 快冷2003905<k)55118170k:rl3aoo900毀冷或的750快"950-1000 m 冷700、?50 快檜2003465402s55781590qrl3«»-900«|冷或的750快冷95hooo油檜700-750 快冷3464902460ylcrl3800-900750 快*950-1000 ml 冷7m750快冷20034

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27、0.180.16-0. 25i 0.11*0.170.10 0.161h0-1 j70柚檜成空挣1 000- 1 050 油檜i 0201 q7c油冷或空冷950)oouo油冷9701 020油冷950i 050油冷i ffi 1 000-1 020 正火1 000-1 0如櫃冷或空冷2 ffl i 000-1 020 正火1曲1 020 怜或空拎mn<0. 500. 50j.00wq.50o. 500. 90<0. so0. 50 1.00<1.00<1.00wo. 60<1.00<1.00<1.00vo. romo. ro<0. 60co.

28、60600 w上空冷680700空冷600以上空冷70d750快冷65。750快冷gv0-750 快冷275350 空檜660710油秒或空冷540600油冷或少冷续衣7.1-2p s ni<0. 035 <0. 0303)0. 40-<0.035 <0.030 o 8q, o. so-co. 035 co. 030 oo<0. 035 <0. 0303)<0. 035 <0.0303)w0 035 =0.0303)l.m co. 035 <0. 0»02. 50co. 035 j <0.03013. oa0.0013.00

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31、和硬度,在650x:时硬度达hb-300,但其韧 性和塑性较差。钢材断面在80inni以下时可以淬透。这对表面层 需要有高硬度、高耐磨性的大型顶锻模、热压模、平锻机模已是足 够了。这种钢的相变温度较高,抵抗冷热交变的耐热疲劳性良好。这种钢可用来制作高温下高应力、但不受冲击负荷的凸模、凹 模如平锻机上用的凸凹模、镶块、铜合金挤压模、压铸用模具;也可 供作同时承受较大压应力、弯应力、拉应力的模具,如反挤压的模 具;还可供作高温下受力的热金属切刀等。订77773.9.2物理性能3c2w£v钢的物理性能示于表3-61 表3-65,其密度为8.35t/m3o表3613cr2w8v钢的临界温度临

32、界点-acia®at温度(近似值)比820-8301100790表3】62 3o2w8v钢的线(膨)胀系数温度:10020()300400500600700800线(摄)胀14.3x14.7x15.6x16.3x164x15-2x15.0x28 x系数比710c10-610-610"610'°k)-510-6io"表3-63 3cr2w8v钢的质量定压热容温度/c1! 1 do200500800900质量定压热容r/(kgk)7468.2525.5685.51262.4660.4表3-64 3cr2w8v钢的热导率温度/c100200700900

33、热导率入/w(mk) 120.122.224.323.0表365 3cr2w8v钢的电阻率温度/c20200500700900电阻率/cm0.50x10'60.60x10 60.80x10e0xw61.19x106力案淬火抑热温度/c介质冷却锁度(11rc)温度巩:延顷冷却到2ijx:j1h-50 - hoc油20 - 60至 15o-18ox1空51149-52表36x 3cr2w8v钢推荐淬火规范注:1人型模具采用加芯温度的上隈值小型模具采用加热温直的卜7r值;=in2.大型模具应先在600 -650x?进行12h的预热,然后再进行加热;3加热保温时间:火焰炉抿据模具厚度,毎25n

34、un约保温40 - 50min;电炉加热 时,再增加40% ,c回火3cr2w8v钢片冋火有关的曲线示于图3彳5图3-93,推荐的回火规范示于表3-6904506505844(1oh二)翌蹩问火温度弋图385硬度与冋火温度的关系"试验用钢(%):0,30c,3.20cr,10.0w,0.40v(曲线上的数字为淬火温度油冷)iii2000450403020400 450 500 550 600 650回火温度厂c图*87不同温度淬火和不同温度回火后的力学性能20-回火温度hz111图348冲击韧性与回火温度的关系fl®10400 450 500 5506006507&

35、oo54n302014o008 感 rl/b74450范3503002502001 50工)翌蔭图3 89在1100匸淬火,60010回火后的髙温力学性能含碳0.35%; - - 含碳0.25%60问火时间小3-90回火稳定性40图3 91髙温力学性能(1 looc 淬火,55()r 回火)01l 1400500600700温度图3-93高温冲占韧性1lioor淬火,55叽:何火;2"閒£淬火,6201】回火;31150 v 淬火,55gc 冋火;41150x:淬火,620c 同火回火用途i加热温度/c|加热设备硬度(hrc)消除应力,稳定组织与尺寸600 620煤气炉或电

36、炉40,2-47.4表369 3cr2w8v钢推荐的回火规范a注门大型模具在淬火百,应立即回火;2 橈具回火时洗装人350-400v的炉内停留1 th撚后将温度升至回火温度;3.回火保温时间按每25mm厚度为4() 45min 行计算。3.6 4cr5mosivl 钢bll4cr5mosivl钢是一种空冷硬化的热作模具钢,也是所有热 作模具钢中使用最广泛的钢号之一。与4cr5mosiv钢相比,该钢 具有较高的热强度和硬度;在中温条件下具有很好的韧性、热疲劳 性能和一定的耐磨性,在较低的奥氏体化温度条件下空淬,热处理 变形小,空淬时产生氧化铁皮的倾向小,而且可以抵抗熔融铝的冲 蚀作用。该钢广泛用

37、于制造热挤压模具与芯棒、模锻锤的锻模、锻 造压力机模具,精锻机用模具镶块以及铝、铜及其合金的压铸 模。e3.6.1化学成分4cr5mosivl钢的化学成分示于表3-34。表 3-34 4cr5mosivl 钢的化学成分(gb/n2992000) w/%csimncrmavps0.32-0,80-0.20-475mo-0.80-£0.03冬0430.45l200.505.50)1.75e203.62物理性能4cr5mosivl钢的物理性能示于表3-35表3-37,其密度为 7.8t/n?;弹性模量 e 为 210000mpaa表3-35 4cr$mosivj钢的临界温度临界点a&quo

38、t;mf温度(近似值)比s60 j915775815340215表336 4cr5mosivl钢的线(膨)胀系数温度比2g 10020 2020 30020-40020 50020 60020-700线(膨)胀9.1x10jx11.5x12.2x12.8x13.2x13.5x系数广】10 610 610 61010'610-610-6表337 4cr5mosivl钢的热导率温度/c25650热导率 azw-(m-k)-132.228.8表340 4cr5mrisivl钢推荐的淬火规范淬火温度化冷却硬度(hrc)=£ j 介质介质温度/v冷却到室汛1020- 105()油或空气

39、20 f056、58h104 2 05 > 5 gmh-abctr9209409699801000 1020104010601080 hoc悴火温随弋图3 64硬度晶粒度与淬火温度的关系c回夹4cr5mosivl钢与回火冇关的曲线示于图3-65图3-68. 疲劳极限示于表3-41,推荐的冋火规范示于表3 42、推荐的表面 处埋规范示于表3-43 o图3 65冋火硬度曲线(1020v油淬、两次回火)0.20淬火 joo 200300400500600700回火温度广co o o淇=£图366淬火和回火后的变形率502200h6o40if0020000430205006(x1700

40、400一 丿kii_,01)却005()2 0 11 1 teunu火温度rc(1020v油淬两次回火)gdwc ob b-1600-50040>300200100nl2080 e40 #髙温力学性能(1020c油淬 580x:两次回火)表3-41 4cr5mosivl钢的疲劳极限温度/c室温540la4pa7305101k6?0370回火目的回火温度e加热设备冷却冋火硕度(hrc)消除应力和降低硬度560-580°熔融盐浴或空气炉爭气47 亠 49表3424cr5mosivl钢推荐的回火规范e通常采用两次回火、第二次回火温度应比第一次低20v.表343 4cr5mosivj钢推荐的表面处理规范i丁艺i时间巾介质扩散层深度/mm1显微硬虞(hv)强化560250 % kcn0.0469() - 640包化5808大然代+宏0-25-0.3(1r60 - 635氮化530-55()12-20氨沱

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