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用于金属材料夏比摆锤冲击功的误差试验检测方法

阅读：295发布：2020-05-14

专利汇可以提供用于金属材料夏比摆锤冲击功的误差试验检测方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种用于金属材料夏比摆锤冲击功的误差试验检测方法，所述误差试验检测方法使用到酒精、摆锤冲击试验机、冲击试验低温槽、冲击试验缺口电动液压锯床、冲击试验缺口投影仪、对中夹钳和卷尺；所述误差试验检测方法包括：一、制样；二、尺寸检验；三、试验温度调整；四、固定式样；五、摆锤退销；六、摆锤冲击；七、数据记录及参数计算：摆锤及其摆臂一体所做的n次冲击功Wn、摆锤及其摆臂一体所做的平均冲击功Wavg、V型冲击缺口的式样的平均冲击功Eavg和n次夏比摆锤冲击功的平均误差系数δ。本发明的误差试验检测方法进一步地降低夏比摆锤冲击功的误差，提高评定金属材料冲击性能的精确率，提供有利的误差参考数据。，下面是用于金属材料夏比摆锤冲击功的误差试验检测方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于金属材料夏比摆锤冲击功的误差试验检测方法，其特征在于：所述误差试验检测方法使用到酒精、摆锤冲击试验机(1)、冲击试验低温槽、冲击试验缺口电动液压锯床、冲击试验缺口投影仪、对中夹钳(2)和卷尺；
所述误差试验检测方法包括如下步骤：
S1、制样：首先，使用所述冲击试验缺口电动液压锯床将金属材料制成55mmx10mmx10mm(长x高x宽)标准尺寸的式样，然后，用所述冲击试验缺口电动液压锯床将所述式样的中心制成V型冲击缺口(31)，最后，使用酒精清除所述V型冲击缺口的上表面污渍；
S2、尺寸检验：将所述V型冲击缺口的式样(3)与标准V型冲击缺口式样放置于冲击试验缺口投影仪上，进行尺寸检验，并进一步微调所述V型冲击缺口的式样尺寸，直至所述V型冲击缺口的式样与所述标准V型冲击缺口式样的尺寸大小一致；使用所述卷尺测量摆锤(11)的摆臂(12)长度(L)；
S3、试验温度调整：将酒精倒入所述冲击试验低温槽，室温冲击试验在23℃±5℃范围内进行，所述V型冲击缺口的式样保持在试验温度±1°以内的试验保温介质中，且温度保持在5min以上；
S4、固定式样：将对中夹钳和S1中的V型冲击缺口的式样一起冷却，并使用对中夹钳将所述V型冲击缺口的式样牢牢钳住，并快速放入摆锤冲击试验机的冲击位置，所述对中夹钳垂直放置所述V型冲击缺口的式样；
S5、摆锤退销：按下所述摆锤冲击试验机的“退销”按钮，所述摆锤冲击试验机的摆锤在驱动电机的驱动下旋转至初次的初始冲击位置，并在所述摆锤冲击试验机上记录摆锤和摆臂的总质量(M)、摆臂与水平线上的垂线的夹角(α)；
S6、摆锤冲击：按下所述摆锤冲击试验机的“冲击”按钮，所述摆锤冲击试验机的摆锤快速地沿顺时针方向做圆周运动，且所述摆锤冲击试验机的摆锤的锤刃与所述V型冲击缺口的背面进行折断撞击；
S7、数据记录和计算：若S6中所述V型冲击缺口的式样沿所述V型冲击缺口完全冲断，所述摆锤冲击试验机上记录冲断后所述摆锤冲击试验机的摆锤位于初次的终止冲击位置时，摆臂与水平线上的垂线的夹角(β)、所述V型冲击缺口的式样的冲击功En；
采用下述公式a计算摆锤及其摆臂一体所做的n次冲击功Wn，
Wn＝ML(COSβn-COSαn) 公式a
式中：
Wn——摆锤及其摆臂一体所做的第n次冲击功，单位为焦耳；
M——摆锤和摆臂的总质量，单位为kg；
L——摆臂的长度，单位为mm；
βn——摆锤第n次撞击的初次的终止冲击位置时，摆臂与水平线上的垂线的夹角，单位为度；
αn——摆锤第n次撞击的初次的初始冲击位置时，摆臂与水平线上的垂线的夹角，单位为度；
n——V型冲击缺口的式样被摆锤折断撞击的次数；
采用下述公式b计算摆锤及其摆臂一体所做的平均冲击功Wavg，
式中：
Wavg——摆锤及其摆臂一体所做的平均冲击功，单位为焦耳；
M——摆锤及摆臂的总质量，单位为kg；
βn——摆锤第n次撞击的初次的终止冲击位置时，摆臂与水平线上的垂线的夹角，单位为度；
αn——摆锤第n次撞击的初次的初始冲击位置时，摆臂与水平线上的垂线的夹角，单位为度；
n——V型冲击缺口的式样被摆锤折断撞击的次数；
采用下述公式c计算V型冲击缺口的式样的平均冲击功Eavg，
式中：
Eavg——V型冲击缺口的式样的平均冲击功，单位为焦耳；
En——第n个V型冲击缺口的式样的冲击功，单位为焦耳；
n——V型冲击缺口的式样被摆锤折断撞击的次数；
采用下述公式d计算n次夏比摆锤冲击功的平均误差系数δ，
式中：
Wavg——摆锤及其摆臂一体所做的平均冲击功，单位为焦耳；
Eavg——V型冲击缺口的式样的平均冲击功，单位为焦耳；
δ——n次夏比摆锤冲击功的误差系数的平均值；
S8、若S6中所述V型冲击缺口的式样沿V型冲击缺口未完全冲断或卡锤，则试验结果无效，重复步骤S1-S6，直至所述V型冲击缺口的式样在V型冲击缺口处被所述摆锤冲击试验机的摆锤的锤刃一次性冲断，并记录相关数据。
2.根据权利要求1所述的用于金属材料夏比摆锤冲击功的误差试验检测方法，其特征在于：所述V形冲击缺口的夹角(γ)为60°，V形冲击缺口的深度(D)为2.5mm，V形冲击缺口的底部曲率半径(r)为0.3mm。
3.根据权利要求1所述的用于金属材料夏比摆锤冲击功的误差试验检测方法，其特征在于：所述试验保温介质为高温油、冰水混合物、乙醇与干冰组合物和无水乙醇与液氮组合物中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的用于金属材料夏比摆锤冲击功的误差试验检测方法，其特征在于：采用控制变量法，在n次摆锤冲击试验中，所述初次的初始冲击位置、所述试验温度和所述V型冲击缺口的式样的初始尺寸皆保持不变。
5.根据权利要求1所述的用于金属材料夏比摆锤冲击功的误差试验检测方法，其特征在于：所述摆锤在初次的初始冲击位置时，所述摆锤位于所述摆锤冲击试验机的横梁的右侧，所述摆锤在初次的终止冲击位置时，所述摆锤位于所述摆锤冲击试验机的横梁的左侧。
6.根据权利要求1所述的用于金属材料夏比摆锤冲击功的误差试验检测方法，其特征在于：参照水平位置，所述摆锤的初次的初始冲击位置的垂直高度大于所述V型冲击缺口的式样的垂直高度。

说明书全文

用于金属材料夏比摆锤冲击功的误差试验检测方法

技术领域

[0001] 本发明属于材料检测技术领域，具体涉及一种用于金属材料夏比摆锤冲击功的误差试验检测方法。

背景技术

[0002] 金属材料的韧性一般通过标准冲击试验来获取冲击功的办法来获取。冲击试验是将金属材料加工成一定形状的式样，式样在冲击负荷的作用下产生冲击断裂，根据吸收功的大小，结合断口特征来评定金属材料的冲击性能。在室温下进行冲击一般采用国家标准GB/T229-2007《金属夏比冲击方法》；若按照式样的缺口形状，可分为“U”型缺口和“V”型缺口的两种冲击试验，现有技术中，金属材料受摆锤冲击折断处的冲击功是在摆锤自“退销”初始位置与“冲击”折断位置之间做功，而得出的这种冲击功并没有将空气阻力所做的功考虑进去，因此会有一定的误差存在，不能够精准的评定金属材料的冲击性能。

[0003] 现有技术中，中国专利CN101975702A公布了“一种金属焊缝冲击功试验及计算方法”，包括：一、计算金属焊缝性冲击的细晶比例；二、对金属母材和金属焊缝处进行冲击试验；三、计算金属母材、金属焊缝的冲击功和比例常数；四、目标金属焊缝的冲击功计算。

[0004] 上述专利中，仅仅提供了金属焊缝冲击功误差的计算方法，也并没有将空气对摆锤消耗所做的功考虑进去，因此此种焊缝冲击功的误差计算方法仍然存在误差。

发明内容

[0005] 针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于金属材料夏比摆锤冲击功的误差试验检测方法，使用该误差试验检测方法后，改善了金属材料的V型冲击缺口的上表面试验环境，试验温度调节灵活，进一步地降低了金属材料夏比摆锤冲击功误差，提高了评定金属材料冲击性能的精确率，给夏比摆锤冲击试验提供了更多有利的误差参考数据。

[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

[0007] 提供一种用于金属材料夏比摆锤冲击功的误差试验检测方法，所述误差试验检测方法使用到酒精、摆锤冲击试验机、冲击试验低温槽、冲击试验缺口电动液压锯床、冲击试验缺口投影仪、对中夹钳和卷尺；

[0008] 所述误差试验检测方法包括如下步骤：

[0009] S1、制样：首先，使用所述冲击试验缺口电动液压锯床将金属材料制成55mmx10mmx10mm(长x高x宽)标准尺寸的式样，然后，用所述冲击试验缺口电动液压锯床将所述式样的中心制成V型冲击缺口，最后，使用酒精清除所述V型冲击缺口的上表面污渍；

[0010] S2、尺寸检验：将所述V型冲击缺口的式样与标准V型冲击缺口式样放置于冲击试验缺口投影仪上，进行尺寸检验，并进一步微调所述V型冲击缺口的式样尺寸，直至所述V型冲击缺口的式样与所述标准V型冲击缺口式样的尺寸大小一致；摆臂尺寸测量：使用所述卷尺测量摆锤的摆臂长度；

[0011] S3、试验温度调整：将酒精倒入所述冲击试验低温槽，室温冲击试验在23℃±5℃范围内进行，所述V型冲击缺口的式样保持在试验温度±1°以内的试验保温介质中，且温度保持在5min以上；

[0012] S4、固定式样：将对中夹钳和S1中的V型冲击缺口的式样一起冷却，并使用对中夹钳将所述V型冲击缺口的式样牢牢钳住，并快速放入摆锤冲击试验机的冲击位置，所述对中夹钳垂直放置所述V型冲击缺口的式样；

[0013] S5、摆锤退销：按下所述摆锤冲击试验机的“退销”按钮，所述摆锤冲击试验机的摆锤在驱动电机的驱动下旋转至初次的初始冲击位置，并在所述摆锤冲击试验机上记录摆锤和摆臂的总质量、摆臂与水平线上的垂线的夹角；

[0014] S6、摆锤冲击：按下所述摆锤冲击试验机的“冲击”按钮，所述摆锤冲击试验机的摆锤快速地沿顺时针方向做圆周运动，且所述摆锤冲击试验机的摆锤的锤刃与所述V型冲击缺口的背面进行折断撞击；

[0015] S7、数据记录和计算：若S6中所述V型冲击缺口的式样沿所述V型冲击缺口完全冲断，所述摆锤冲击试验机上记录冲断后所述摆锤冲击试验机的摆锤位于初次的终止冲击位置时，摆臂与水平线上的垂线的夹角、所述V型冲击缺口的式样的冲击功En；

[0016] 采用下述公式a计算摆锤及其摆臂一体所做的n次冲击功Wn，

[0017] Wn＝ML(COSβn-COSαn) 公式a

[0018] 式中：

[0019] Wn——摆锤及其摆臂一体所做的第n次冲击功，单位为焦耳；

[0020] M——摆锤和摆臂的总质量，单位为kg；

[0021] L——摆臂的长度，单位为mm；

[0022] βn——摆锤第n次撞击的初次的终止冲击位置时，摆臂与水平线上的垂线的夹角，单位为度；

[0023] αn——摆锤第n次撞击的初次的初始冲击位置时，摆臂与水平线上的垂线的夹角，单位为度；

[0024] n——V型冲击缺口的式样被摆锤折断撞击的次数；

[0025] 采用下述公式b计算摆锤及其摆臂一体所做的平均冲击功Wavg，

[0026]

[0027] 式中：

[0028] Wavg——摆锤及其摆臂一体所做的平均冲击功，单位为焦耳；

[0029] M——摆锤及摆臂的总质量，单位为kg；

[0030] βn——摆锤第n次撞击的初次的终止冲击位置时，摆臂与水平线上的垂线的夹角，单位为度；

[0031] αn——摆锤第n次撞击的初次的初始冲击位置时，摆臂与水平线上的垂线的夹角，单位为度；

[0032] n——V型冲击缺口的式样被摆锤折断撞击的次数；

[0033] 采用下述公式c计算V型冲击缺口的式样的平均冲击功Eavg，

[0034]

[0035] 式中：

[0036] Eavg——V型冲击缺口的式样的平均冲击功，单位为焦耳；

[0037] En——第n个V型冲击缺口的式样的冲击功，单位为焦耳；

[0038] n——V型冲击缺口的式样被摆锤折断撞击的次数；

[0039] 采用下述公式d计算n次夏比摆锤冲击功的平均误差系数δ，

[0040]

[0041] 式中：

[0042] Wavg——摆锤及其摆臂一体所做的平均冲击功，单位为焦耳；

[0043] Eavg——V型冲击缺口的式样的平均冲击功，单位为焦耳；

[0044] δ——n次夏比摆锤冲击功的误差系数的平均值；

[0045] S8、若S6中所述V型冲击缺口的式样沿V型冲击缺口未完全冲断或卡锤，则试验结果无效，重复步骤S1-S6，直至所述V型冲击缺口的式样在V型冲击缺口处被所述摆锤冲击试验机的摆锤的锤刃一次性冲断，并记录相关数据。

[0046] 本发明为了解决其技术问题，所采用的进一步技术方案是：

[0047] 进一步地说，所述V形冲击缺口的夹角为60°，所述V形冲击缺口的深度为2.5mm，所述V形冲击缺口的底部曲率半径为0.3mm。

[0048] 进一步地说，所述试验保温介质为高温油、冰水混合物、乙醇与干冰组合物和无水乙醇与液氮组合物中的至少一种。

[0049] 进一步地说，采用控制变量法，在n次摆锤冲击试验中，所述初次的初始冲击位置、所述试验温度和所述V型冲击缺口的式样的初始尺寸皆保持不变。

[0050] 进一步地说，所述摆锤在初次的初始冲击位置时，所述摆锤位于所述摆锤冲击试验机的横梁的右侧，所述摆锤在初次的终止冲击位置时，所述摆锤位于所述摆锤冲击试验机的横梁的左侧。

[0051] 进一步地说，参照水平位置，所述摆锤的初次的初始冲击位置的垂直高度大于所述V型冲击缺口的式样的垂直高度。

[0052] 本发明的有益效果是：

[0053] 一、本发明的误差试验检测方法改善了金属材料的V型冲击缺口的上表面试验环境，试验温度调节更加灵活，进一步地降低了金属材料夏比摆锤冲击功的误差，给夏比摆锤冲击试验提供了更多有利于误差计算的参考数据，提高了评定金属材料冲击性能的精确率；

[0054] 二、本发明的误差试验检测方法提供了摆锤冲击折断V型冲击缺口式样过程中空气阻力做功所带来的冲击功误差的计算公式，通过这个公式可以进一步降低夏比摆锤冲击试验的冲击功误差，方便误差计算，提供计算依据；

[0055] 三、本发明的误差试验检测方法在进行冲击功误差检测试验时，无需对V型冲击缺口的式样进行二次损坏性试验，误差试验检测方便快捷。

[0056] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

[0057] 图1是本发明摆锤冲击试验机的结构示意图；

[0058] 图2是本发明V型冲击缺口的式样的结构示意图；

[0059] 图3是本发明误差试验检测流程示意图；

[0060] 附图中各部分标记如下：

[0061] 摆锤冲击试验机1、摆锤11、摆臂12、对中夹钳2、V型冲击缺口的式样3、V型冲击缺口31、摆臂与水平线上的垂线的夹角α、摆臂与水平线上的垂线的夹角β、V形冲击缺口的夹角γ、V形冲击缺口的深度D和V形冲击缺口的底部曲率半径r。

具体实施方式

[0062] 以下通过特定的具体实施例说明本发明的具体实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的优点及功效。本发明也可以其它不同的方式予以实施，即，在不背离本发明所揭示的范畴下，能予不同的修饰与改变。

[0063] 实施例：一种用于金属材料夏比摆锤冲击功的误差试验检测方法，如图1-图3所示，所述误差试验检测方法使用到酒精、摆锤冲击试验机1、冲击试验低温槽、冲击试验缺口电动液压锯床、冲击试验缺口投影仪、对中夹钳2和卷尺；

[0064] 所述误差试验检测方法包括如下步骤：

[0065] S1、制样：首先，使用所述冲击试验缺口电动液压锯床将金属材料制成55mmx10mmx10mm(长x高x宽)标准尺寸的式样，然后，用所述冲击试验缺口电动液压锯床将所述式样的中心制成V型冲击缺口31，最后，使用酒精清除所述V型冲击缺口的上表面污渍；

[0066] S2、尺寸检验：将所述V型冲击缺口的式样3与标准V型冲击缺口式样放置于冲击试验缺口投影仪上，进行尺寸检验，并进一步微调所述V型冲击缺口的式样尺寸，直至所述V型冲击缺口的式样与所述标准V型冲击缺口式样的尺寸大小一致；摆臂尺寸测量：使用所述卷尺测量摆锤11的摆臂12长度L；

[0067] S3、试验温度调整：将酒精倒入所述冲击试验低温槽，室温冲击试验在23℃±5℃范围内进行，所述V型冲击缺口的式样保持在试验温度±1°以内的试验保温介质中，且温度保持在5min以上；

[0068] S4、固定式样：将对中夹钳和S1中的V型冲击缺口的式样一起冷却，并使用对中夹钳将所述V型冲击缺口的式样牢牢钳住，并快速放入摆锤冲击试验机的冲击位置，所述对中夹钳垂直放置所述V型冲击缺口的式样；

[0069] S5、摆锤退销：按下所述摆锤冲击试验机的“退销”按钮，所述摆锤冲击试验机的摆锤在驱动电机的驱动下旋转至初次的初始冲击位置，并在所述摆锤冲击试验机上记录摆锤和摆臂的总质量M、摆臂与水平线上的垂线的夹角α；

[0070] S6、摆锤冲击：按下所述摆锤冲击试验机的“冲击”按钮，所述摆锤冲击试验机的摆锤快速地沿顺时针方向做圆周运动，且所述摆锤冲击试验机的摆锤的锤刃与所述V型冲击缺口的背面进行折断撞击；

[0071] S7、数据记录和计算：若S6中所述V型冲击缺口的式样沿所述V型冲击缺口完全冲断，所述摆锤冲击试验机上记录冲断后所述摆锤冲击试验机的摆锤位于初次的终止冲击位置时，摆臂与水平线上的垂线的夹角β、所述V型冲击缺口的式样的冲击功En；

[0072] 采用下述公式a计算摆锤及其摆臂一体所做的n次冲击功Wn，

[0073] Wn＝ML(COSβn-COSαn) 公式a

[0074] 式中：

[0075] Wn——摆锤及其摆臂一体所做的第n次冲击功，单位为焦耳；

[0076] M——摆锤和摆臂的总质量，单位为kg；

[0077] L——摆臂的长度，单位为mm；

[0078] βn——摆锤第n次撞击的初次的终止冲击位置时，摆臂与水平线上的垂线的夹角，单位为度；

[0079] αn——摆锤第n次撞击的初次的初始冲击位置时，摆臂与水平线上的垂线的夹角，单位为度；

[0080] n——V型冲击缺口的式样被摆锤折断撞击的次数；

[0081] 采用下述公式b计算摆锤及其摆臂一体所做的平均冲击功Wavg，

[0082]

[0083] 式中：

[0084] Wavg——摆锤及其摆臂一体所做的平均冲击功，单位为焦耳；

[0085] M——摆锤及摆臂的总质量，单位为kg；

[0086] βn——摆锤第n次撞击的初次的终止冲击位置时，摆臂与水平线上的垂线的夹角，单位为度；

[0087] αn——摆锤第n次撞击的初次的初始冲击位置时，摆臂与水平线上的垂线的夹角，单位为度；

[0088] n——V型冲击缺口的式样被摆锤折断撞击的次数；

[0089] 采用下述公式c计算V型冲击缺口的式样的平均冲击功Eavg，

[0090]

[0091] 式中：

[0092] Eavg——V型冲击缺口的式样的平均冲击功，单位为焦耳；

[0093] En——第n个V型冲击缺口的式样的冲击功，单位为焦耳；

[0094] n——V型冲击缺口的式样被摆锤折断撞击的次数；

[0095] 采用下述公式d计算n次夏比摆锤冲击功的平均误差系数δ，

[0096]

[0097] 式中：

[0098] Wavg——摆锤及其摆臂一体所做的平均冲击功，单位为焦耳；

[0099] Eavg——V型冲击缺口的式样的平均冲击功，单位为焦耳；

[0100] δ——n次夏比摆锤冲击功的误差系数的平均值；

[0101] S8、若S6中所述V型冲击缺口的式样沿V型冲击缺口未完全冲断或卡锤，则试验结果无效，重复步骤S1-S6，直至所述V型冲击缺口的式样在V型冲击缺口处被所述摆锤冲击试验机的摆锤的锤刃一次性冲断，并记录相关数据。

[0102] 所述V形冲击缺口的夹角γ为60°，V形冲击缺口的深度D为2.5mm，V形冲击缺口的底部曲率半径r为0.3mm。

[0103] 所述试验保温介质为高温油、冰水混合物、乙醇与干冰组合物和无水乙醇与液氮组合物中的至少一种。

[0104] 采用控制变量法，在n次摆锤冲击试验中，所述初次的初始冲击位置、所述试验温度和所述V型冲击缺口的式样的初始尺寸皆保持不变。

[0105] 所述摆锤在初次的初始冲击位置时，所述摆锤位于所述摆锤冲击试验机的横梁的右侧，所述摆锤在初次的终止冲击位置时，所述摆锤位于所述摆锤冲击试验机的横梁的左侧。

[0106] 参照水平位置，所述摆锤的初次的初始冲击位置的垂直高度大于所述V型冲击缺口的式样的垂直高度。

[0107] 本发明的工作过程和工作原理如下：

[0108] 使用酒精将制作好的V型冲击缺口的式样的表面擦洗干净，并通过对中夹钳将其固定于摆锤冲击试验机上，调整好试验温度后，开始进行冲击试验；

[0109] 首先按下摆锤冲击试验机的“退销”按钮，摆锤冲击试验机的摆锤在驱动电机的驱动下旋转至初次的初始冲击位置，并在摆锤冲击试验机上记录摆锤和摆臂的总质量M、摆臂与水平线上的垂线的夹角α，然后按下摆锤冲击试验机的“冲击”按钮，摆锤冲击试验机的摆锤快速地沿顺时针方向做圆周运动，且摆锤冲击试验机的摆锤的锤刃与所述V型冲击缺口的背面进行折断撞击；摆锤冲击试验机上记录冲断后摆锤冲击试验机的摆锤位于初次的终止冲击位置时，摆臂与水平线上的垂线的夹角β、所述V型冲击缺口的式样的冲击功En；采用公式分别计算出摆锤及其摆臂一体所做的n次冲击功Wn、摆锤及其摆臂一体所做的平均冲击功Wavg、V型冲击缺口的式样的平均冲击功Eavg和n次夏比摆锤冲击功的平均误差系数δ，并记录相关数据。

[0110] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

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