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1、WORD格式整理專(zhuān)業(yè)資料值得擁有渤海船舶職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目:42CrMo齒輪傳動(dòng)軸的熱處理工藝系:材料工程系姓名:吳超班級(jí):11G541學(xué)號(hào):17專(zhuān)業(yè):金屬材料與熱處理指導(dǎo)教師:王學(xué)武評(píng)閱教師:完成日期:42CrMo齒輪傳動(dòng)軸的熱處理工藝摘要:本文闡明42CrMo齒輪傳動(dòng)軸熱處理工藝路線的選用及工藝參數(shù)的確定,具體包 括,材料的選擇、正火、調(diào)制處理、低溫回火及齒輪的感應(yīng)淬火等工藝內(nèi)容。滿足軋機(jī)齒 輪傳動(dòng)軸的基本技術(shù)要求。熱處理工藝的制定有利于提高傳動(dòng)軸的質(zhì)量及加工效率。關(guān)鍵詞:42CrMo齒輪傳動(dòng)軸;調(diào)制處理;感應(yīng)淬火目錄2 42CrMo齒輪傳動(dòng)軸熱處理工藝設(shè)計(jì) 52.1 齒輪傳動(dòng)軸
2、的服役條件、失效形式及性能要求 52.1.1 服役條件、失效形式 52.1.2 性能要求 52.2 齒輪軸材料的選擇 52.3 42CrMo齒輪傳動(dòng)軸的熱處理工藝設(shè)計(jì) 62.3.1 42CrMo的工藝流程 62.3.2 42CrMo鋼的熱處理工藝設(shè)計(jì) 7(1)預(yù)備熱處理工序-正火 72.3.3 火工藝原理 102.4 選擇設(shè)備 112.6 42CrMo齒輪傳動(dòng)軸熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)項(xiàng)目、內(nèi)容及要求 142.8 42CrMo齒輪傳動(dòng)軸熱處理常見(jiàn)缺陷的預(yù)防和補(bǔ)救方法 152.8.1 加熱時(shí)常見(jiàn)的缺陷的預(yù)防及補(bǔ)救方法 15(1)過(guò)熱現(xiàn)象及其預(yù)防、補(bǔ)救 152.8.2 調(diào)質(zhì)時(shí)常見(jiàn)的缺陷的預(yù)防及補(bǔ)救方法 16
3、2.8.3 感應(yīng)加熱淬火缺陷與預(yù)防、補(bǔ)救 183 .結(jié)論 204 .致謝 205 .參考文獻(xiàn) 221齒輪傳動(dòng)軸熱處理概述齒輪傳動(dòng)軸是軋機(jī)中重要的傳動(dòng)部分,主要承受交變載荷,沖擊載荷,剪切應(yīng)力和接 觸應(yīng)力大。軸部易產(chǎn)生裂紋,齒部易磨損。因此對(duì)齒輪軸的心部要求有一定的強(qiáng)度和韌性, 有較高的疲勞極限和抗多次沖擊能力。表面還應(yīng)具有一定的硬度和耐磨性。為了滿足這些 性能要求,材料要有很好的力學(xué)性能,常采用42CrMo鋼經(jīng)正火,調(diào)質(zhì),感應(yīng)加熱淬火加低溫回火已達(dá)到所要求的性能。42CrMo為中碳合金鋼,預(yù)備熱處理是正火,主要目的是為了獲得一定的硬度,便于 鋼坯的切削加工,為調(diào)質(zhì)做好組織準(zhǔn)備。調(diào)質(zhì)的目的是為了
4、提高軋機(jī)齒輪傳動(dòng)軸的綜合力 學(xué)性能。中頻感應(yīng)加熱表面淬火是使零件表面得到高的硬度和耐磨性,而心部仍保持一定的強(qiáng)度及較高的塑性、韌性。通過(guò)對(duì)42CrMo鋼熱處理工藝的分析,就是通過(guò)正確的熱處理工藝,達(dá)到所需要的性能,保證質(zhì)量。根據(jù)齒輪傳動(dòng)軸的工作條件,失效形式及性能要求,大部分材料選擇為合金中碳鋼, 本設(shè)計(jì)借鑒了熱處理實(shí)用數(shù)據(jù)速查手冊(cè),鋼的熱處理,機(jī)床零件用鋼,金屬工藝學(xué)等。根據(jù)工藝設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)設(shè)定了完整的熱處理工藝流程,使熱處理的42CrMo中碳合金結(jié)構(gòu)鋼表面除具有高硬度,高耐磨性外,高的疲勞強(qiáng)度,在高溫下的強(qiáng)度,還要使 心部具有高的的強(qiáng)度和韌性,從而滿足齒輪軸的質(zhì)量要求。2 42CrMo齒
5、輪傳動(dòng)軸熱處理工藝設(shè)計(jì)2.1 齒輪傳動(dòng)軸的服役條件、失效形式及性能要求2.1.1服役條件、失效形式齒輪傳動(dòng)軸在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)主要承受剪切應(yīng)力,交變彎曲應(yīng)力,傳遞動(dòng)載荷等工作,受到多 次沖擊應(yīng)力。在工作過(guò)程中,由于不同的應(yīng)力作用,導(dǎo)致不同的失效形式,主要有疲勞磨 損,裂紋,表面點(diǎn)蝕,彎曲疲勞折斷,沖擊折斷等。2.1.2性能要求(1)具有高的疲勞極限(2)具有高的抗彎強(qiáng)度(3)具有較高的韌性(4)具有高的耐磨性(5)具有抗多次沖擊能力(6)具有高溫下的高強(qiáng)度(7)具有一定的精度2.2 齒輪軸材料的選擇齒輪傳動(dòng)軸材料的選用根據(jù)齒輪傳動(dòng)軸的工作條件,要求以及性能來(lái)確定。根據(jù)要求42CrM(i岡的性能符合度非常
6、好,其經(jīng)過(guò)正火,調(diào)質(zhì),感應(yīng)加熱淬火加低溫回 火后表面硬度可達(dá)HRC50高硬度,表面耐磨性好,心部硬度可達(dá) HRC3545 42CrM(i網(wǎng), 具有高強(qiáng)度和高韌性,淬透性好,調(diào)質(zhì)后有較高的疲勞極限和抗多次沖擊的能力。淬火時(shí) 變形小,高溫時(shí)具有高的蠕變強(qiáng)度和持久強(qiáng)度,且無(wú)明顯的回火脆性。42CrMoffi中含有的合金元素Cr, Mq其中銘能增加鋼的淬透性并有二次硬化作用??商岣咛间摰挠捕群湍湍バ?而含量超過(guò)12%寸。使鋼有良好的高溫抗氧化性和耐氧化性 介質(zhì)腐蝕的作用。銘在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中的主要作用是提高淬透性。 使鋼經(jīng)淬火回火后具有較 好的綜合力學(xué)性能,在滲碳鋼中還可以形成含銘的碳化物,從而提高材料表
7、面的耐磨性。而鋁在鋼中能提高淬透性和熱強(qiáng)性。 在調(diào)質(zhì)鋼中,鋁能使較大斷面的零件淬深、淬透,提 高鋼的抗回火性或回火穩(wěn)定性,使零件可以在較高溫度下回火,從而更有效地消除(或降 低)殘余應(yīng)力,提高塑性。所以在生產(chǎn)中常常選用 42CrMo作為軋機(jī)齒輪傳動(dòng)軸的材料。 其綜合力學(xué)性能優(yōu)良符合質(zhì)量要求。表1 42CrMo鋼的化學(xué)成分化學(xué)成分(質(zhì)量 分?jǐn)?shù))%CSiMnPSCrNiCuMo42CrMo0.420.270.650.0050.0051.100.0050.0050.202.3 42CrMo齒輪傳動(dòng)軸的熱處理工藝設(shè)計(jì)2.3.1 42CrMo的工藝流程(1)加工路線備料一鍛造一正火一粗、半精加工一制齒一
8、調(diào)質(zhì)一感應(yīng)加熱淬火、低溫回火一 精機(jī)加工磨齒。(2)鍛造工藝設(shè)計(jì)鍛造齒輪傳動(dòng)軸的毛坯經(jīng)過(guò)鍛造后獲得基本的形狀。鍛造是利用鍛壓機(jī)械對(duì)金屬坯料施加壓力,使其產(chǎn)生塑性變形,已獲得具有一定機(jī)械性能、一定形狀和尺寸的鍛件的加工方法。查閱熱處理工藝規(guī)范數(shù)據(jù)手冊(cè)可以找出 42CrM(i網(wǎng)的鍛造工藝的加熱溫度、始鍛溫度冷卻方式,本設(shè)計(jì)具體的鍛造工藝參數(shù)如表 2所示。表2 42CrMo鋼的熱加鍛造工藝規(guī)范圖2 42CrMo齒輪傳動(dòng)軸示意圖項(xiàng)目AciAc3加熱溫度始鍛溫度終鍛溫度鋼坯730 c800 c1150 1200 c1130 1180 c> 850 C經(jīng)鍛造后其最大直徑約為80mm采用緩冷2.3.2
9、 42CrMo鋼的熱處理工藝設(shè)計(jì)(1)預(yù)備熱處理工序-正火一般均安排在毛坯生產(chǎn)之后,切削加工之前,或粗加工之后,半精加工之前。正火的 目的是為了細(xì)化晶粒、改善組織,提高切削加工性能,為淬火和最終熱處理做好準(zhǔn)備。通常對(duì)于亞共析鋼正火的加熱溫度通常為 A。以上3050c ,而對(duì)于中碳合金鋼的正火溫度正火溫度通常為Ac以上50100C,。42CrM0勺加熱溫度范圍為850900 C 0加熱溫度 過(guò)低先共析鐵素體未能全部溶解而達(dá)不到細(xì)化晶粒的作用,加熱溫度過(guò)高會(huì)造成晶粒粗化 惡化鋼的力學(xué)性能,所以我們可以選著 870C o彳溫1小時(shí)。正火工藝曲線如圖3所示。時(shí)間T圖3 42CrMo鋼熱處理正火工藝曲線
10、(2) 42CrM6岡的調(diào)質(zhì)處理淬火后高溫回火的方法為調(diào)質(zhì)。調(diào)質(zhì)可以使鋼的性能,材質(zhì)得到很大程度的調(diào)整,其 強(qiáng)度、塑性和韌性都較好,具有良好的綜合機(jī)械性能。調(diào)質(zhì)處理后得到回火索氏體,Cr能增加鋼的淬透性,提高鋼的強(qiáng)度和回火穩(wěn)定性,具有優(yōu)良的機(jī)械性能。截面尺寸大或重 要的調(diào)質(zhì)工件,應(yīng)采用42CrM6岡工件淬火后油冷,42CrM潮的淬透性較好,在油中冷卻能 淬硬,而且工件的變形、開(kāi)裂傾向小。所以 42CrM胡采用淬油,再回火處理。硬度可達(dá)HRC35-45由亞共析鋼淬火溫度要求T=Ac3+3050( C)可得,淬火溫度T=830850 ( C),回火溫度達(dá)到480c HRC 35-45我們可以設(shè)定在
11、840c圖4為調(diào)質(zhì)工藝曲線。溫度/C圖4 42CrMo調(diào)質(zhì)工藝曲線圖(3)最終熱處理工序一感應(yīng)加熱表面淬火、低溫回火零件經(jīng)調(diào)質(zhì)后具有良好的綜合力學(xué)性能, 但不滿足其工藝要求,所以要進(jìn)行感應(yīng)表面 淬火已達(dá)到所要求的力學(xué)性能,感應(yīng)加熱淬火后硬度較高,除磨削外不宜再進(jìn)行其他切削 加工,因此工序位置一般安排在半精加工后,磨削加工前。根據(jù)所要求的性能,可設(shè)定淬溫度T=900C。不同鋼含碳量的硬度與回火溫度關(guān)系不同 42CrMo 150180c回火可滿足 使用要求。圖5為調(diào)質(zhì)后感應(yīng)淬火加低溫回火熱處理工藝曲線。溫度/C |900 c圖5 42CrMo鋼感應(yīng)加熱淬火加回火工藝曲線感應(yīng)加熱淬火工藝原理感應(yīng)加熱
12、淬火加熱速度快,淬火質(zhì)量好,較一般淬火硬度高,得到極細(xì)馬氏體, 且淬 硬層深度易于控制,易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。渦流在工件截面上的分布是不均勻的, 心部幾乎等于零,而表面電流密度極大,稱(chēng)為 “集膚效應(yīng)”,頻率愈高,電流密度極大的表面層愈薄。依靠這種電流和工件本身的電阻, 使工件表面迅速加熱到淬火溫度, 而心部溫度仍接近室溫,然后立即噴水冷卻,使工件表 面淬硬(1)感應(yīng)加熱淬火加頻率的選擇感應(yīng)加熱可分為三類(lèi):(1)高頻加熱常用頻率為(200300) KHZ淬硬層7知變?yōu)?0.52.5) mm(2)中頻加熱常用頻率為(25008000) HZ;淬硬層7劉變?yōu)?210) mm(3)工頻加熱電流頻率為5
13、0HZ不需要頻設(shè)備,城市用交流電即可,硬層深度為(1020) mrmZ上,城 市用交流電即。根據(jù)工件尺寸可知,一般硬化層深6= ( 1020) %較為合適,其中為工件的有效直徑,二80miW得6弋8,所以我們選擇中頻感應(yīng)加熱表面淬火。(4)感應(yīng)加熱淬火的目的表面感應(yīng)加熱淬火是為了使鋼件達(dá)到所要求的表面高硬度,高耐磨性,而心部保持較好的塑性和韌性,且呈現(xiàn)低的缺口敏感性,高的沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度,已達(dá)到 最優(yōu)的使用性能和工藝性能。(3)回火的目的42CrMo鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)、感應(yīng)加熱淬火和低溫回火后獲得顯微組織表面為細(xì)馬氏體、殘余奧氏體和碳化物,心部組織為回火索氏體。回火后不僅消除了淬火時(shí)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力,降
14、低了脆性,防止變形和開(kāi)裂,調(diào)整了強(qiáng)度,硬度,塑性和韌性,而且穩(wěn)定了顯微組織和工件尺寸,使其達(dá)到了使用性能和工藝要求。2.4選擇設(shè)備(1)正火設(shè)備本次熱處理根據(jù)工藝參數(shù)溫度可選用中溫箱式電阻爐。RX-45-9中溫箱式電阻爐圖11箱式電阻爐(2)調(diào)質(zhì)設(shè)備。12。為方便操作也可選擇RX-45-9中溫箱式電阻爐淬火?;鼗饡r(shí)選用井式回火爐如圖圖12井式回火爐(3)感應(yīng)加熱淬火設(shè)備GC-1205感應(yīng)淬火電爐。圖13中頻感應(yīng)淬火電爐(4)回火設(shè)備同樣,井式回火爐2.6 42CrMo齒輪傳動(dòng)軸熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)項(xiàng)目、內(nèi)容及要求(1)外觀形檢查檢查工件表面有無(wú)腐蝕或氧化皮。不得有裂紋及碰傷,表面不得有銹蝕。(2)工
15、件變形檢查根據(jù)圖樣技術(shù)要求檢查工件的撓曲變形、尺寸及幾何形狀的變化。(3)淬硬層深度檢查感應(yīng)加熱淬火后應(yīng)檢查淬硬層深度,42CrMcW硬層深度應(yīng)在8mmfc右(4)硬度檢查在淬火后檢查包括淬硬層表面及心部硬度,一般用洛氏硬度HRCS尺測(cè)量。42CrMo鋼在調(diào)質(zhì),感應(yīng)淬火,低溫回火后,表面硬度可達(dá) HRC5以上,心部硬度可達(dá)3545。(5)金相組織檢查按技術(shù)要求檢查淬硬層的顯微組織:殘留奧氏體數(shù)量,有無(wú)反常組織,心部組織是否粗大及鐵素體是否超出技術(shù)要求等。2.8 42CrMo齒輪傳動(dòng)軸熱處理常見(jiàn)缺陷的預(yù)防和補(bǔ)救方法2.8.1 加熱時(shí)常見(jiàn)的缺陷的預(yù)防及補(bǔ)救方法(1)過(guò)熱現(xiàn)象及其預(yù)防、補(bǔ)救形成原因及
16、防止措施鋼在加熱過(guò)程中,由于加熱溫度過(guò)高或保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng),引起奧氏體晶粒粗大,即為過(guò) 熱。防止措施主要是嚴(yán)格控制加熱溫度和保溫時(shí)間。返修方法可通過(guò)重新退火,正火或多次高溫回火來(lái)補(bǔ)救。(2)過(guò)燒缺陷及其預(yù)防、補(bǔ)救形成原因及防止措施鋼加熱時(shí),由于加熱溫度過(guò)高,造成晶界氧化或局部熔化的組織缺陷。防止過(guò)燒主要 措施也是嚴(yán)格控制加熱溫度和加熱時(shí)間。返修方法工件過(guò)燒無(wú)法挽救只能報(bào)廢。(3)組織粗大缺陷及其預(yù)防、補(bǔ)救形成原因及防止措施鋼加熱時(shí),由于加熱溫度過(guò)高,形成魏氏體,或者加熱緩慢同樣奧氏體粗大。預(yù)防方 法主要是采用適當(dāng)溫度和冷卻速度。返修方法魏氏體可通過(guò)雙重正火消除。粗大的奧氏體可通過(guò)多次高溫回火消除。
17、(4)脫碳和氧化缺陷及其預(yù)防、補(bǔ)救形成原因及防止措施鋼加熱時(shí),表層的碳與介質(zhì)(或氣氛)中的氧、氫、二氧化碳和水蒸氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng), 降低了表層碳濃度成為脫碳。加熱時(shí),鋼表層的鐵及合金與元素與介質(zhì)(或氣氛)中的氧、 二氧化碳、水蒸氣等發(fā)生反應(yīng)生成氧化物膜的現(xiàn)象為氧化。防止措施:工件表面涂料,用不銹鋼箔包裝密封加熱、采用鹽浴加熱、采用保護(hù)氣氛 加熱等。返修方法只能加工前預(yù)防。2.8.2 調(diào)質(zhì)時(shí)常見(jiàn)的缺陷的預(yù)防及補(bǔ)救方法(1)淬火變形與裂紋缺陷及預(yù)防,補(bǔ)救形成原因及防止措施對(duì)合金鋼而言,由于其導(dǎo)熱性較差,若加熱速度太快,不僅零件變形大,甚至有開(kāi)裂的危險(xiǎn)。在冷卻過(guò)程中由于熱應(yīng)力與組織應(yīng)力的共同作用, 零
18、件常出現(xiàn)變形,有的甚至出 現(xiàn)表面裂紋。熱應(yīng)力是加熱或冷卻過(guò)程中,零件由表面至心部各層的加熱或冷卻速度不一 樣造成的。淬火冷卻過(guò)程中零件表面存在的組織應(yīng)力常為拉應(yīng)力,它是在冷卻過(guò)程中零件由表層至心部各層奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體先后不一樣造成的。零件淬火后出現(xiàn)變形、開(kāi)裂, 熱處理工藝不當(dāng)是重要因素。如加熱溫度過(guò)高造成奧氏體晶粒粗大,合金鋼加熱速度快造 成熱應(yīng)力加大,加熱時(shí)工件氧化、 脫碳嚴(yán)重,以及冷卻介質(zhì)選擇不當(dāng),工件入冷卻介質(zhì)的 方式不對(duì)等諸因素都會(huì)導(dǎo)致工件變形甚至開(kāi)裂。但是在正常的淬火工藝下要從材質(zhì)本身及 前序冷熱加工中尋找原因,諸如鋼材內(nèi)在夾雜物含量、化學(xué)成份、異常組織等超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要 求,淬火之前工
19、件表面存在裂紋、以及零件形狀分布不合理等因素都會(huì)導(dǎo)致淬火過(guò)程中零 件變形甚至開(kāi)裂。防止淬火工藝過(guò)程零件變形、開(kāi)裂的措施:a)正確選材和合理設(shè)計(jì)。對(duì)于形狀復(fù)雜、 截面變化大的零件,應(yīng)選用淬透性好的鋼材,以便采用較緩和的淬火冷卻方式。在零件結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)中,應(yīng)注意熱處理結(jié)構(gòu)工藝性。b)淬火前進(jìn)行相應(yīng)的退火或正火,以細(xì)化晶粒并 使組織均勻化,減少淬火內(nèi)應(yīng)力。c)嚴(yán)格控制淬火加熱溫度,防止過(guò)熱缺陷,同時(shí)也可 減少淬火時(shí)的熱應(yīng)力。d)采用適當(dāng)?shù)睦鋮s方法,如雙液淬火、馬氏體分級(jí)淬火或貝氏體 等溫淬火。淬火后應(yīng)立即回火,以消除應(yīng)力,降低工件的脆性。返修方法無(wú)法補(bǔ)救。(2)硬度不足或出現(xiàn)軟點(diǎn)缺陷及其預(yù)防、補(bǔ)救形成
20、原因及防止措施經(jīng)淬火后零件硬度偏低和出現(xiàn)軟點(diǎn)的主要原因是: 亞共析鋼加熱溫度低或保溫時(shí)間不 充分,淬火組織中有殘留鐵素體;加熱過(guò)程中鋼件表面發(fā)生氧化、脫碳,淬火后局部生成 非馬氏體組織;淬火時(shí),冷卻速度不足或冷卻不均勻,未全部得到馬氏體組織;淬火介質(zhì) 不清潔,工作表面不干凈,影響了工件的冷卻速度,致使未能全部淬硬。防治措施:為防止淬火后零件硬度偏低最重要的是防止加熱時(shí)零件表面脫碳。 其中最 有效的辦法是采用鹽浴或可控氣氛或真空加熱。若在一般空氣電阻爐中加熱,在確保零件 燒透及組織轉(zhuǎn)變的前提下力求盡量縮短加熱時(shí)間。返修方法回爐重新加熱回火。(4)回火脆性缺陷及其預(yù)防、補(bǔ)救形成原因及防止措施主要原
21、因是由于所選回火溫度不當(dāng),或回火冷卻速度不夠(第二類(lèi)回火脆性)所致。防止回火脆性的出現(xiàn)應(yīng)正確選擇回火溫度和冷卻方式 。返修方法一旦出現(xiàn)回火脆性,對(duì)于第一類(lèi)回火脆性,只能通過(guò)加熱淬火,令選回火溫度回火: 對(duì)于第二類(lèi)回火脆性,可采取重新加熱回火,然后加速回火冷卻速度的方法消除。2.8.3 感應(yīng)加熱淬火缺陷與預(yù)防、補(bǔ)救(1)表層大量殘余奧氏體缺陷及其預(yù)防、補(bǔ)救形成原因及防止措施淬火溫度過(guò)高,奧氏體中碳及合金元素含量較高,降低直接淬火或重新加熱榨火的溫 度。返修方法冷處理;高溫回火后,重新加熱淬火。(2)硬化層過(guò)淺或過(guò)深具防止措施1)形成原因a)頻率選擇不合適。率過(guò)高,加熱深度越淺,則硬化層過(guò)淺。反之則硬化層過(guò)深。b)加熱單位功率選擇不合適。位功率過(guò)高,加熱速度過(guò)快,表面熱量向里傳遞時(shí)間短,也會(huì)引起加熱深度淺,造成硬化層過(guò);反之硬化層過(guò)深。c)感應(yīng)器與工件間隙不合適。感應(yīng)器與工件間隙過(guò)小,渦流集中于表面,加熱深度過(guò) 淺,則硬化層過(guò)淺;反之則硬化層過(guò)深。d)加熱時(shí)間過(guò)短。熱量傳遞不足,加熱深度過(guò)淺,則硬化層過(guò)淺;反之則硬化層過(guò)深。2) 防治措施合理選擇頻率、單位功率;合理選擇加熱時(shí)間;調(diào)整間隙。(3)硬化層不均勻及其預(yù)防形成原因同時(shí)加熱淬火時(shí),工件位置偏心;感應(yīng)器噴水孔不均勻;淬火機(jī)床不同心。防止方法調(diào)整定位裝置,防止工件偏心;
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