金属学与热处理.docx
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金属学与热处理
2000年
1:
已经纯钢的[110](111)滑移系的临界分切应力ζc为1MPa,回答下列问题:
①要是(111)面上的错位沿[101]方向发生滑移,至少需要在[001]方向上施加多大的应力?
②说明此时(111)面上的位错能否沿[110]方向滑移。
(计算结果保留两位有效数字)
3:
什么是伪共晶,离异共晶?
说明它们的形成条件,组织形态以及对材料力学性能的影响。
4:
图2试为组元在固态下完全不溶的三元共晶合金相图的投影图,作Ab的变温截面图,并分析O点成分合金的平衡结晶过程,写出室温下的组织。
5:
试阐述晶粒度对钢的力学性能的影响,用位错观点解释晶粒度对屈服强度的影响规律,简述所学过的细化晶粒的工艺方法。
6:
什么是魏氏组织?
简述魏氏组织的形成条件,对钢力学性能的影响规律及其消除方法。
7:
用T10A(含碳量1.0%,Ac1=730℃,Accm=800℃)钢制造冷冲头模的冲头,试制订最终热处理工艺(包括名称和具体参数),并说明热处理各阶段获得何种组织以及热处理后的工件的力学性能特点。
2001年
一、(10分)分别写出体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格晶体的滑移面、滑移方向和滑移系数目。
在其它条件相同时,那种晶体结构的晶体塑性最好?
那种最差?
为什么?
二、(15分)什么是滑移?
绘图说明在拉伸变形时,晶体滑移过程中的转动机制。
三、(15分)用45号钢(Wc=0.45%)制造机床主轴,要求具有良好的机械性能,请制订预备热处理及最终热处理工艺规程(包括工艺名称和具体工艺参数),并分别说明预备热处理及最终热处理后获得的显微组织。
(Ac1=730℃,Ac3=800℃)
四、(15分)A、B、C三组元的熔点tA>tB>tC,三个二元共晶温度tE1>tE2>tE3,tC>tE1,
1.根据给出的三元共晶相图的投影图,作出hk变温截面图;
2.作出t=tE2时的等温截面图。
五、(15分)画出由两个包晶转变、一个共析转变和一个包析转变组成的二元合金状态图。
六、(15分)什么是均匀形核?
什么是非均匀形核?
非均匀形核时,球冠状晶核以及晶核与基底的关系如图所示,试推导出临界晶核曲率半径和形核功。
七、(15分)说明Al-4%Cu合金的过饱和固溶体在190℃时效脱溶过程及力学性能的变化。
2002年
一、(10分)已知铜单晶的{111}<110>滑移系得临界分切应力为1Mpa。
直径为1mm的铜单晶丝受轴向拉伸,加载方向平行于单晶的[001]方向,若使铜单晶丝不产生明显的塑性变形,求此单晶丝能承受的最大轴向载荷是多少?
(计算结果保留3位有效数字)
二、(15分)根据组元间固态下互不溶解的三元共晶相图的投影图(如右图所示),说明O点成分合金平衡结晶过程,画出冷却曲线示意图,并写出室温下该合金的组织组成物相对含量的表达式。
三、(15分)求珠光体组织中铁素体相的相对含量是多少?
若某铁碳合金组织中除有珠光体外,还有15%的二次渗碳体,试求该合金的含碳量是多少?
四、(15分)试叙述贝氏体的转变特点,并比较与珠光体和马氏体转变的异同点。
五、(15分)什么是异分结晶?
说明如何利用区域熔炼方法提纯金属。
提纯效果与什么因素有关?
六、(15分)某厂对高锰钢制造的碎矿机颚板经1100℃加热后,用崭新的优质冷拔态钢丝绳吊挂,由起重吊车运往淬火水槽,行至途中钢丝绳突然发生断裂,试分析钢丝绳发生断裂的主要原因。
七、(15分)用T10A钢(Wc=1.0%,Ac1=730℃,Accm=800℃)制造冷冲模的冲头,试制订预备热处理工艺(包括工艺名称和具体参数),并说明预备热处理的目的以及加热转变完成和冷至室温后获得何种组织。
2003年
一、(20分)已知面心立方晶格的晶格常数为a,分别计算(100)、(110)和(111)晶面的晶面间距;并求出[100]、[110]和[111]晶向上的原子排列密度(某晶向上的原子排列密度是指该晶向上单位长度排列原子的个数);写出面心立方结构的滑移面和滑移方向,并说明原因。
(计算结果保留两位有效数字)
二、(20分)右图为组元在固态下完全不溶的三元共晶合金相图的投影图:
1.作mn变温截面图,分析O1点成分合金的平衡结晶过程。
2.写出O1点成分合金室温下的相组成物,给出各相的相对含量的表达式。
3.写出O1点成分合金室温下的组织组成物,给出各组织组成物的相对含量的表达式
三、(25分)试述冷变形金属在加热时,其组织和性能发生的变化。
四、(20分)什么是离异共晶?
举例说明离异共晶产生的原因及对合金性能的影响。
五、(20分)求莱氏体中共晶渗碳体的相对含量是多少?
若某铁碳合金平衡组织中含有10%的一次渗碳体,试求该合金的含碳量是多少?
(计算结果保留两位有效数字)
六、(20分)叙述板条马氏体和下贝氏体的组织形态,并说明板条马氏体和下贝氏体具有良好强韧性的原因。
七、(25分)T10A钢含碳量约为1.0%,Ac1=730℃,Accm=800℃,Ms=175℃,该合金的原始组织为片状珠光体加网状渗碳体,若用此钢制作冷冲模的冲头,说明需要经过那些热处理工序才能满足零件的性能要求,写出具体热处理工艺名称、加热温度参数、冷却方式以及各工序加热转变完成后和冷却至室温时得到的组织。
2004年
1:
①画出立方晶系的[102]晶向和(012)晶面。
(8分)
②纯钛从高温冷却到983℃时由体心立方结构转变为密排六方结构,其原子半径增加了2%,求该转变引起的体积变化的百分率(计算结果保留两位有效数字)(7分)
2:
什么是成分过冷?
画出示意图分析成分过冷的形成,并说明成分过冷时晶体长大方式及铸锭组织的影响。
(22分)
3:
试就渗碳体形态的变化阐述含碳量对铁碳合金平衡组织及机械性能的影响。
(23分)
4:
什么是金属的热加工?
阐述热加工对金属组织和性能的影响。
(15分)
5:
根据给出的三元共晶相图的投影图,画出Ⅰ-Ⅱ位置的垂直截面图,并填写相区。
(15分)
6:
试以共析钢为例,绘图说明片状珠光体的形成过程及形成时碳的扩散规律。
(30分)
7:
T12A(含碳量1.2%,Ac1=730℃,Accm=800℃)钢的原始组织为片状珠光体和网状二次渗碳体,请给出两种热处理工艺途径,最终获得粒状珠光体组织。
(要求注明具体的热处理工艺名称和工艺参数,并阐述其原因)(30分)
2005年
1:
简答题(每题5分,共20分)
①什么是晶带?
什么是晶带轴?
②什么是柏氏矢量?
判断图1位错环中A,B,C,D,E段各属于哪一类型位错。
③什么是离异共晶?
在什么条件下可能得到离异共晶组织?
④什么是第二类回火脆性?
如何消除或抑制?
2:
试阐述固溶体合金与纯金属结晶过程中形核,长大的条件及方式有何异同之处(20分)
3:
根据Fe-Fe3C相图,分析含碳量Wc=0.45%的碳钢合金平衡结晶过程,画出冷却曲线,表明每一阶段该合金的显微组织示意图,并分别计算室温下该合金的相组成物及组织组成物的相对含量。
(20分)
4:
图2为组元在固态下互不溶解的三元共晶合金相图的投影图,分析O点成分合金的平衡结晶过程及室温组织,并写出该合金在室温下组织组成物的相对含量表达式。
(20分)
5:
什么是金属的热加工?
阐述热加工对金属组织和性能的影响。
(15分)
6:
试阐述钢中两种典型马氏体的晶体结构,组织形态特征和性能特点,并说明板条马氏体具有高强韧性的原因。
(25分)
7:
过共析钢球化退火的目的是什么?
某厂对T10钢(Wc=1.0%)球化退火时,因仪表失灵,炉温升至1000℃,当发现时已经在该温度保温1小时,此时操作者该采取什么措施补救,说明原因(30分)
2006年
1:
选择题(不定项选择)
⑴当加热到A3温度(即是GS线对应的温度)时,碳钢中的铁素体将转变为奥氏体,这种转变可称为()
①同素异晶转变;②重结晶;③伪共晶;④再结晶;⑤多晶型转变
⑵若体心立方晶胞的晶格常数为a,则其八面体间隙()
①是不对称的;②是对称的;③位于面心和棱边中点;④位于体心和棱边中点;⑤半径为(2-)/4a
⑶在912℃α-Fe(其晶格常数为0.2898nm)转变为γ-Fe(其晶格常数为0.3633nm)时的体积()
①膨胀;②收缩;③不变;④变化率为-0.89%;⑤变化率为1.20%
⑷渗碳体是一种()
①间隙相;②金属化合物;③正常化合物;④电子化合物;⑤间隙化合物
⑸六方晶系的[100]晶向指数,若改用四坐标轴的密勒指数标定,可表示为()
①[2110];②[1120];③[1210];④[2110];⑤[1010]
⑹在晶面(110)和(111)所在的晶带,其晶带轴的指数为()
①[110];②[110];③[011];④[011];⑤[101]
2:
判断题
⑴( )过冷度越大,晶体生长速度越快,晶粒长得越粗大
⑵( )晶界处原子处于不稳定状态,故其腐蚀速度一般都比晶内快
⑶( )微观内应力是由于塑性变形时,工件各部分之间的变形不均性所产生的
⑷( )回复可使冷变形金属的加工硬化效果及内应力消除。
⑸( )马氏体与回火马氏体的一个重要区别在于:
马氏体是含碳的过饱和固溶体,回火马氏体是机械混合物
⑹( )几乎所有的钢都会产生第一类回火脆性,若回火后采用快冷的方式可以避免此类脆性。
⑺( )回火索氏体于索氏体相比有更好的综合力学性能。
⑻( )在正温度梯度条件下,固溶体合金仍可能以树枝状方式长大。
3:
简单题
⑴金属塑性变形后组织和性能的变化。
⑵马氏体具有高强度的原因
⑶什么是高温回火脆性?
如何抑制与消除?
4:
综合题
⑴画出Fe-Fe3C相图的示意图,分析含碳量WC=1.2%的碳钢合金平衡结晶过程,画出冷却曲线,表明每一阶段该合金的显微组织示意图,并分别计算室温下该合金的相组成物及组织组成物的相对含量。
⑵甲乙两厂都生产同一种轴类零件,均选用45钢(含有0.45%C),硬度要求220-240HB,甲厂采用正火,乙厂采用调质处理,均能达到硬度要求,试分析甲乙两厂产品的组织和性能差别。
2007年
一:
选择题:
(每题1分)
1当加热到A3温度(即为GS线对应的温度),亚共析钢中的奥氏体转变为铁素体,这种转变可称为( )。
A同素异晶转变 B重结晶 C再结晶 D结晶
2若面心立方晶体的晶格常数为a,则其八面体间隙( )。
A是不对称的 B是对称的C位于面心和棱边中点D位于体心和棱边中点
3在912℃(其晶格常数为0.02464nm)转变为(其晶格常数为0.0486nm)时的休积( )。
A膨胀B收缩C不变D不能确定
4渗碳体是一种( )
A间隙相B金属化合物C间隙化合物D固溶体
5六方晶系的[100]晶向指数,若改用四坐标轴的密勒指数标定,可表示为( )。
A;B;C;D1负210;
6.晶面(110)和(1负11)所在的晶带,其晶带轴的指数为( )
A负112 B1负12 C02负1 D0负12
7对于平衡状态下的亚共析钢,随着含碳量的增加,其
A硬度,强度均升高 B硬度下降,塑性升高
C塑性,韧性均下降 D强度塑性均不变
8固溶体合金与共晶合金相比,固溶体合金通常具有如下特性
A.铸造性好 B锻造性好 C焊接性好 D机械加工性好
9含碳量1%的碳钢平衡结晶到室温,则在室温下该合金中
A相组成物为铁素体和渗碳体 B组织组成物是铁素体和二次渗碳体
C 珠光体含量为96% D铁素体总含量为85%
10为获得细小的晶粒的铝合金,可采用如下工艺
A 固溶处理 B 变质处理 C 调质处理 D 冷变形和中间退火
11.经冷变形的金属随后加热到一定温度将会发生回复再结晶,这是一个
A 低位错密度的晶粒取代高位错密度的晶粒的过程
B 也是一个形核和长大的过程
C是一个典型的固态相变的过程
D也是重结晶过程
12下贝氏体是
A含碳量饱和的单相铁素体 B呈现竹叶状
C呈现羽毛状 D 含碳过饱和的片状铁素体和碳化物组成的复相组织
13铸铁和碳钢的主要区别在于组织中是否有
A渗碳体 B 珠光体 C 铁素体 D 莱氏体
14调幅分解是固溶体分解的一种特殊形式
A一种多晶形转变
B形核和长大的过程
C无形核的直接长大过程
D一种固溶体分解位成分不同而结构相同的两种固溶体
15碳渗入γ-Fe中形成间隙固溶体,成为
A铁素体B奥氏体C 马氏体 D索氏体
16通常情况下,随回火温度的升高,淬火钢的
A强度下降B硬度下降C塑性提高D韧性基本不变
17影响固溶度的主要因素有
A溶质和溶剂原子的原子半径差
B溶质和溶剂原子的电复性差
C溶质元素的原子价
D电子浓度
18具有光滑界面的物质在负的温度梯度下长大时
A以二维晶核方式长大
B以螺旋方式长大
C以垂直方式长大
D呈现树枝状结晶
19利用三元相图的变温界面图可以
A确定三元合金平衡相的成分
B定性分析三元合金的平衡结晶过程
C确定平衡相的含量
C应用杠杆定律和重心法则
20马氏体具有高强度的原因
A固溶强化B相变强化C时效强化 D细晶强化
二:
判断题:
1过冷度越大,形核率与线长大速率的比值越大,则获得的晶粒越细小。
( ) (2分)
2金属以及合金由液态转变为固态的过程称为结晶,是一个典型的相变过程。
( ) (2分)
3金属铸件可以通过再结晶退火来达到细化晶粒的目的。
4回复退火可以有效的消除冷变形金属的内应力。
5几乎所有的钢都会产生第一类回火脆性,若回火后采用快冷的方式可以避免此类脆性。
( ) (2分)
三:
简答题:
1举例说明什么是组元,相,组织?
(10分)
2纯金属与固溶体合金平衡结晶有什么相同点和不同点?
(10分)
3临界变形度对金属再结晶后的组织和性能有什么影响?
(10分)
四:
综合题:
1画出Fe-C相图,标明多相区的相,一次渗碳体,二次渗碳体,三次渗碳体,共晶渗碳体,共析渗碳体形成条件,组织结构,晶体结构有什么相同点和不同点?
合金中的二次渗碳体的最大含量多少?
(15分)
2铝的密度是2.96g/cm3,假设其中只有肖脱基空位,求空位浓度?
(阿伏加德罗常数6.02×1023,铝的原子量是26.96,铝的点阵常数0.4049) (5分)
3分析O点的结晶过程?
求O点在室温下组织的组成物与百分比?
(10分)
4正火与淬火加热的温度范围?
用T12号钢(含碳量1.2%)制作锯条,写出热处理的工艺名称,冷却方法,加热温度,写出最终获得的组织及其性能特点?
(10分)
2008
选择题(不定项选择)
1:
晶格常数为a的体心立方晶核,其八面体间隙()
①是不对称的;②间隙半径≈0.067a;③晶胞的面心和棱边中点;④由6个原子所围成
2:
钴冷却到1120℃时由面心立方晶格(fcc)转变成理想的密排六方晶格(hcp),则单位质量的钴发生上述转变时其体积()
1将膨胀;②将收缩;③不发生变化;④不能确定
3:
在AC1到AC3温度区间加热时,低碳钢中的铁素体将逐渐转变为奥氏体,这种转变可称为()
1二次再结晶;②重结晶;③同素异构转变;④多晶型转变
4:
碳钢中的奥氏体相属于()
①间隙相;②间隙固溶体;③间隙化合物;④置换固溶体
5:
六方晶系的[010]晶向指数,若改用四坐位标轴的密勒指数标定,可表示为()
①[2110];②[1120];③[1210];④[1210]
6:
晶面(101)和(111)所在的晶带轴的指数为()
①[110];②[011];③[101];④[110]
7:
随着含碳量的增加,铁碳合金室温下的平衡组织变化顺序为()
1珠光体→铁素体→莱氏体;②铁素体→珠光体→莱氏体;
2莱氏体→珠光体→铁素体;④铁素体→莱氏体→珠光体
8:
渗碳体是钢中常见的金属化合物,在含碳量为0.45%的优质钢中平衡组织中,渗碳体可能的存在形式有()
①一次渗碳体;②二次渗碳体;③三次渗碳体;④共析渗碳体
9:
含碳量2.11%铁碳合金平衡结晶到室温,则室温下的合金中()
1相组成物为铁素体和渗碳体;②组织组成物为珠光体和二次渗碳体;
③二次渗碳体含量约为29.3%;④珠光体总含量为68.7%
10:
根据结晶时形核和长大规律,为了细化铸锭中或焊缝区的晶粒,可采用如下方法:
()
①提高过冷度,以提高形核率和长大速率的比值;②变质处理;
③调质处理;④对即将凝固的金属进行搅拌和振动
11:
对于平衡分配系数k0<1的固溶体合金而言,有利于出现成分过冷的因素有()
①液相中的温度梯度C1越小;②结晶速度R越大;
③溶质浓度C0越大;④液相线的斜率m越小
12:
在较高温度回火加热保温时,析出弥散特殊碳化物,同时残留奥氏体发生部分分解,而在随后的回火冷却时转变为马氏体,导致钢的硬度升高,这种现象称为()
1二次硬化;②二次淬火;③回火稳定性;④回火脆性
13:
溶质固溶度随温度降低而显著减少的合金,经固溶处理后在室温下放置一段时间,其力学性能将发生的变化是()
1强度和硬度显著下降,塑性提高;②硬度和强度明显提高,但塑性下降;
③强度,硬度和塑性都明显提高;④强度,硬度和塑性都明显下降
14:
有利于钢中形成魏氏组织的条件是()
1含碳量小于0.6%的亚共析钢;②奥氏体晶粒粗大;
③钢由高温以较快速度冷却;④含碳量大于1.2%的过共析钢
15:
碳溶入α-Fe中形成的过饱和间隙固溶体称为()
1铁素体;②奥氏体;③马氏体;④贝氏体
16:
第一类回火脆性()
1又称为低温回火脆性;②在几乎所有的钢中都会出现这类脆性;
③也称为高温回火脆性;④又称为不可逆回火脆性
17:
淬火钢进行回火的目的是()
1稳定组织;②减少或消除淬火应力;
③提高钢的塑性和韧性;④获得温度和塑性,韧性的适当配合
18:
具有粗糙界面的合金在正温度梯度条件下结晶时()
1以二维晶核方式长大;②以螺型位错方式长大;
2以垂直方式长大;④可能呈现平面状或树枝状多种晶体形态
19:
利用三元相图的等温截面图,可以()
1固定三元合金平衡相的成分;②定性分析三元合金的平衡结晶过程;
2利用杠杆定律和重心法则;④确定平衡相得含量
20:
纯铝在室温下进行塑性变形时,其组织和性能的变化有()
1逐渐形成纤维组织和形变织构;②位错密度升高形成形变胞;
③减少残余内应力和点阵畸变;④呈现形变强化和各向异性
判断题
1.钢经加热转变得到成分单一,均匀的奥氏体组织,随后采用水冷或油冷的处理工艺称为淬火,而采用空气中冷却的处理工艺称为正火。
2.在碳钢中共析钢与过共析钢相比,共析钢具有较高的淬透性和淬硬性。
3.不平衡结晶条件下,合金易于形成离异共晶组织。
4.再结晶退火可有效消除冷变形区的内应力。
5.冷变形态组织的再结晶温度为T再=0.4T=0.4×660℃=264℃.
6.若加入合金元素使钢在加热转变得到的奥氏体组织稳定性提高,将导致碳钢的淬透性下降。
简答题(3×10分)
1.钢中P,S杂质缺陷对钢产生的影响,
2.固溶体合金和共晶合金对金属材料力学性能和工艺性能的影响。
3.直径为15mm的40CrNiMo棒状毛胚,经加热转变得到奥氏体组织,随后在空气中冷却,处理后其硬度较高,这是什么原因:
采用何种的热处理工艺能提高该毛胚机械加工性能?
分析题(3×10分)
1:
图1为组元在固态下互不溶解的三元共晶相图的投影图。
(1)分析O点成分合金的平衡结晶过程。
(2)写出该合金在室温下组织和相的相对含量。
备注:
(将O点改为在线段BE之间)
2:
根据Pb-Sn相图(图2)
(1)画组织转变示意图来分析说明WSn=40%亚共晶合金平衡结晶过程。
(2)计算WSn=40%亚共晶合金183℃共晶转变结束后,先共晶α相和共晶组织时组织(α+β)的质量百分数,以及相组成物α和β相的质量百分数。
(备注:
图见金属学与热处理原理P78页图3.23Pb–Sn相图)
3:
试比较说明贝氏体的转变与珠光体和马氏体转变的异同点。
2007年答案
五、选择题(在每小题的四个备选答案中,选出一个或一个以上正确的答案,写出括号内其相应标号。
例如:
一、22(①③④)。
正确的答案没有选全或选错的,该题无分。
每题1分,共20分)
1.(①②)2.(②④)3.(①)4.(②③)
5.(②)6.(①)7.(①③)8.(②)
9.(①③④)10.(②④)11.(①②)12.(②④)
13.(④)14.(③④)15.(②)16.(①②③)
17.(①②③④)18.(①②④)19.(②)20.(①②③④)
六、判断题(判断下列各小题,正确的将题号后标注字母“T”,错误的将题号后标注字母“F”,例如:
二、6.T。
每小题2分,共12分)。
1.T2.F3.T4.T5.F
七、简答题(每题10分,共30分)
1.举例说明什么是合金的组元、相和组织。
组成合金最基本的、独立物质称为组元;合金中具有同样聚集状态、同样品体结构、同样化学成分并有界而与其它部分分开的均匀组成部分,叫相。
用人眼或借助显微镜所观察到的相的种类与分布形貌。
铁碳合金等为例子。
2.简述纯金属与固溶体合金平衡结晶过程的异同点。
相同点:
(1)过冷,
(2)形核条件:
能量起伏,结构起伏
(3)形核方式:
均匀,非均匀;
(4)长大方式:
垂直长大
(5)晶体结晶形态:
正温度梯度时平面状长大或负温度梯度时树枝状长大形态。
不同点:
(1)结晶温度:
纯金属恒温,固溶体合金温度范围;
(2)形核条件:
固溶体合金有成分起伏
(3)晶体结晶形态:
固溶体合金有成分过冷,所以,固溶体合金在正温度梯度时也可能出现胞状或树枝状长大形态。
3.简述临界变形度对对金属再结晶后的组织和性能有何影响。
当冷变形量较小时(一般金属在2%-10%),再结晶的晶粒特别粗大,这样的变形度称为临界变形度,金属再结晶后的晶粒后的晶粒粗大且不均匀,相应的力学性能也很低。
八、综合题(38分)
1.1)画出
相图的示意图,并填写相区(4分):
略
2)比较一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共析渗碳体和具有晶渗碳体在形成条件、组织形态和晶体结构方面的异同点(8分);
晶体结构
组织形态
形成条件
一次渗碳体
复杂斜方
条形
含碳量4.3%-6.69%铁碳合金
二次渗碳体
同上
沿原奥氏体晶界分布
含碳量0.77%-6.69%铁碳合金
三次渗碳体
同上
点、链状分布(微量)
含碳量0.0128%-6.69%铁碳合金
共析渗碳体
同上
片状
含碳量0.77%-6.69%铁碳合金
共晶渗碳体
同上
点、链状分布(48%)
含碳量2.11%-6.69%铁碳合金
3)计算碳钢中二次渗碳体的最大含量。
(4分)
对含碳2.11%合金:
2.在500℃测得铝的密度为
,若假定此时铝晶体中的缺陷只有肖脱基空位,试计算该温度下铝晶体中平衡空位浓度(计算结果保留两位有效数字,已知铝的原子量是26.98,铝晶格点阵常数为0.4049nm,何伏伽德罗常数为6.022×1023/mol)(5分)
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