（一）总结

1．砂型锻造的特色及工艺过程

配制型砂—外型—合型—浇注—冷却—落砂—清算—搜检—热管教—搜检—得到铸件

特色：运用型砂构成铸型并施行浇注的法子，每每指在重力效用下的砂型锻造进程。

外型(芯)法子按板滞化程度可分为手工外型(芯)和板滞外型(芯)两大类。

取舍适合的外型(芯)法子和切确的外型(芯)工艺操纵，对抬高铸件原料、消沉成本、抬高临盆率有深急迫的意义。

（1）手工外型(芯)手工外型(芯)是最根本的法子，这类法子适应局限广，不需求繁杂配置，并且外型原料普遍也许餍足工艺请求，以是，到现在为止，在单件、小数临盆的锻造车间中，手工外型(芯)仍占很大比重。在航空、航天、帆海范畴运用遍及。手工外型(芯)做事强度大，临盆率低，铸件原料不易安定，在很大程度上取决于工人的本领程度和闇练程度。手工外型法子许多，如样子外型、刮板外型、地坑外型，种种外型法子有不同的特色和运用局限。

（２）板滞外型（芯）　用板滞完玉成部或部份外型工序，称为板滞外型，与手工外型比拟，板滞外型临盆效率高，原料安定，做事强度低，对工人的本领请求不像手工外型那样高，临盆打算时候长，普遍合用于一个分型面的两箱外型。板滞外型（芯）紧要合用于黑色金属铸件的大量量临盆。

2．砂型/芯建造法子分类

在建造各砂型、芯的进程中，遵循其本身竖立强度时其粘结机理的不同，每每可分为三大类：

（1）板滞粘结剂型芯----以黏土为粘结剂的黏土型芯砂所产生的粘结；

（2）化学粘结剂型芯----型芯砂在外型、芯进程中，凭借其粘结剂本身产生物理、化学反映到达强硬，从而竖立强度，使砂粒牢靠地粘结为一个集体。有机、无机粘结剂，此中无机粘结剂包含钠水玻璃及硅溶胶，而有机粘结剂则包含热硬、自硬和睦硬树脂砂型（芯）；

（3）物理凝集----指用物理学旨趣产生的力将不含粘结剂的原砂凝集在一同，磁型锻造法、负压外型法或实在密封外型法或薄膜负压外型法，以及消散模外型法。

（二）黏土湿型

1.湿型及其特色

（1）临盆天真性大，合用面广，既可手工，又可板滞、以及流水线临盆，既可临盆大件，也可临盆小件，可铸钢（中小件），也可铸铁，有色合金等。

（2）临盆效率高，临盆周期短，便于流水线临盆，可完结板滞化及主动化，汽车，柴油机，抢拖沓机行业运用最广（～kg铸铁薄裂件）。

（3）原材料成本低，起源广。

（4）节减动力、烘干配置和车间临盆场所面积。

（5）因不需烘干，砂箱寿命长。

（6）弱点：操纵失当，易产生一些锻造毛病：夹砂结疤，鼠尾，砂眼，胀砂，粘砂等。

2．黏土湿型所用的紧要原材料

黏土湿型的配方为：原砂（或旧砂），黏土（膨润土）1～5％，煤粉～8％，水～6％，以及另外附加物。

（1）原砂－石英砂

其砂子是火成岩中安定的部份，紧要成份为二氧化硅（SiO2）和小数的杂质（Na,k,Ca,Fe等氧化物）。含SiO2极高的砂子称石英砂，有高的熔点，℃，摩氏硬度7级（普遍将材料分为10级，此中滑石为1级，金刚石为10级），随驳杂物含量的增进，其耐火度降落，SiO2含量高，砂子的颜色靠近无色通明，普遍用石英砂色白并略带灰色。

锻造临盆所用的石英砂与修筑用砂不同，它有其非凡的请求，紧要有：含泥量；颗粒构成；原砂颗粒形态及表面情景；原砂的矿物构成和化学成份等。

临盆中每每遵循铸件的合金品种、原料、壁厚的不同来选定原砂的化学成份和矿物构成。比如铸钢的浇注温度高达1℃左右，钢液含碳量较低，型腔中不足能防备金属氧化的强复原性氛围，与铸型相联触的界面上金属容易氧化生成FeO和另外金属氧化物，于是较易与型砂中的杂质施行化学反映而产生化学粘砂。以是请求原砂中Si02含量应较高，无益杂质亦应严厉节制。铸钢件的浇注温度愈高，壁厚愈厚，则对原砂中Si02含量的请求就愈高。

铸铁的浇注温度普遍在℃如下，铁液中含有较多碳分，湿型浇注时型砂中参加有煤等附加物，能产生大量复原性氛围，在与铸型相联触的界面上金属根本不氧化，现实上湿型铸铁件无化学粘砂形势。

烧结点指的是原砂颗粒表面或砂粒间混杂物起头溶化的温度。它是原砂种种组合成份耐火本能的归纳反映。以是，用意采纳测定原砂烧结点的法子能更直觉地阐明原砂做为耐火材料的本能，并且可用来估计原砂中SiO2含量高下和杂质几多。长石、云母及其杂质中所含有的碱金属氧化物(Na20、K20)、碱土金属氧化物(CaO、MgO)等能与Si02和氧化铁生成易熔物资。比如Si02与NaO的原料比为73：27的混杂物，其熔点仅℃．K2O与SiO2可产生熔点仅℃低熔物,烧结点低。

（2）原砂－非石英质原砂

硅砂弱点：热膨胀系数对比大，并且在℃时会因相变而产生蓦地膨胀-----铸件若裂；热散布率对比低；容易与铁的氧化物起效用等。这些都市对铸型与金属的界面反映起不良影响。在临盆高合金钢铸件或大型铸钢件时，运用硅砂配制的型砂，铸件容易产生粘砂毛病，使铸件的清砂至极难题。

非石英质原砂是指矿物构成中不含或只含小数游离Si02的原砂。在铸钢临盆中已渐渐采纳一些非石英质原砂来配制无机和有机化学粘结剂型砂、芯砂或涂料。这些材料与硅砂比拟，大大都都具备较高的耐火度、热导率、热散布率和蓄热系数，热膨胀系数低并且膨胀匀称，无体积渐变，与金属氧化物的反映本领低等长处，能得到表面原料高的铸件并改正清砂做事前提。但这些材估中有的价值较高，对比稀缺，故理应公道采用。

现在可用的非石英质原砂有橄榄石砂、锆砂、铬铁矿砂、石灰石砂、镁砂、刚玉砂、钛铁矿砂、铝矾土砂等。真实遍及运用的仍为石英砂。

（3）黏土----膨润土

黏土的矿物成份黏土是湿型砂的紧要粘结剂。黏土被水润泽后具备粘结性和可塑性；烘干后硬结，具备干强度，而硬结的黏土加水后又能复原粘结性和可塑性。黏土主假如由眇小结晶质的黏土矿物所构成的土状材料。

黏土矿物的品种许多，按晶体机关可分为高岭石和蒙脱石等。每每遵循所含黏土矿物品种不同将所采纳的黏土分为锻造用黏土(fireclay)和锻造用膨润土(bentonite)两类。膨润土主假如由蒙脱石组矿物构成的，紧要用于湿型锻造的型砂粘结剂。

遵循国度业余准则《锻造用膨润土和黏土》(JBlT—)的规矩，膨润土中假设某一互换性阳离子量占阳离子互换容量的≥50％时，称其为紧要互换性阳离子，假设为钠离子则称为钠膨润土，以PNa体现(P是膨润土代号)；假设为钙离子，则称为钙膨润土，以PCa体现。我国钙基膨润土资本较多，挖掘和供应对比便利。用意要遵循黏土的阳离子互换特色，对钙土施行管教，使之动弹成钠基膨润土。这类离子互换进程，每每称为膨润土的活化管教，最罕用的活化剂为碳酸钠。这一进程的化学反映机理容易体现如下：

Ca2+一蒙脱石+Na2C03一-Na+一蒙脱石+CaC03+。

（4）黏土的粘结机理

黏土在水中产生的黏土-水体制是胶体，带负电的黏土颗粒将极性水份子吸引在本身的范畴，产生胶团的水化膜，凭借黏土颗粒间的众人水化膜，经历此中的水化阳离子所起的“桥”或键的效用，使黏土颗粒互相连系起来，在水化膜中处在吸附层的水份子被黏土质点表面吸附得很紧，而处于散布层中的水份子较松，众人水化膜便是黏土胶粒间的众人散布层。黏土和水量比例恰当时，才气得到最好的湿态粘结力。普遍说来，黏土颗粒所带电荷愈多或黏土颗粒愈眇小，比表面积愈大，则湿粘结力愈大。

对于黏土颗粒与砂粒之间的粘结则被诠释为：砂粒因果然击碎及其在混碾进程中产生新的击碎面而带微小负电，也能使极性水份子在其范畴法则地定向陈设。云云，黏土颗粒与砂粒之间的众人水化膜，经历此中水化阳离子的“桥’’或键的效用，使黏土砂得到湿态强度。

（5）附加物

3．湿型砂的混制工艺及旧砂的管教

临盆中罕用的混砂机有碾轮式(verticalwheelsandmuller)、摆轮式(horizontalwheelsandmuller，speedmuller)、叶片式(blademixer)等。各有优弱点。

临盆1t铸件约需求5-10t湿型型砂，配制型砂时都尽可能回用旧砂(即反复运用过的型砂)，即经济也是庇护处境的需求。但容易地反复运用旧砂，会使型砂本能变坏，铸件原料降落。必需熟悉旧砂的特色，节制其本能改观的规律，采用需求办法，才气保证和安定型砂的本能。混砂时还需向旧砂中增进参加新砂、膨润土、煤粉和水等材料，才气使混制出的型砂本能吻合请求。

4．黏土湿型的紧实工艺

（1）对型(芯)砂紧实度的请求

１）紧实度对铸型本能的影响　型砂需求紧实才气成为集体的砂型。型砂的紧实度罕用紧实度（密度）和孔隙度体现，紧实度影响着铸型的强度和透气性。紧实度越大，铸型强度越大，透气性越差。紧实度高，蓄热系数也高，放慢了金属的固结冷却速率，改正了铸件的内涵原料，机关更为精细，铸件尺寸详悉，力学本能有所抬高，对高压外型的钻研声明，铸型紧实度高，浇注时型壁挪动量小，铸件尺寸详悉，表面光洁。于是，铸件也许做的更薄，从而增加铸件分量。

2）型砂紧实度的请求请求铸型紧实度高且匀称。高压外型法由于铸型紧实度高，其铸型本能和铸件原料遍及好过中低压外型。高压外型法的宗旨就在于制出匀称的高紧实度铸型。理论和闇练钻研表明其压实法子和压头表面对紧实度有很大的影响。对湿型而言，每每有震击紧实、震压紧实、压实、微震压实和高压紧实等，底下容易先容其紧实法子。

（2）震击紧实和震压紧实

震击紧有用震击外型机来结尾。多以收缩空气为动力，欺诈震击动能和惯性使型砂紧实。将砂箱1放在模板2上，型板静止于震击做事台，与震击活塞3相接，4为震击气缸。砂箱内装满型砂后，翻开进气阀，使收缩空气加入震击气缸，促使活塞激昂。活塞抬高明出排气孔时，收缩空气由排气孔逸出，气缸中的压力蓦地降落，此时震击活塞连同砂箱模板下降，与震击气缸产生撞击，砂箱中的型砂由于惯性力的效用而互相紧实。此后因出气孔堵住，进气孔加入的收缩空气压力超出砂箱型板活塞等的分量，使做事台激昂，如许延续震击，使型砂得以紧实。震击高度普遍为30~60mm，震击次数30~50/min次为好，普遍不超出80次。震击紧实合用于大砂箱，砂箱高度不低于mm，不然紧实成绩不好。其型砂紧实度沿砂箱高度是上松下紧，顶部型砂紧实度险些与震前同样。

为了征服震击紧实砂箱上部型砂紧实度太松的弱点，也许先震击使底部型砂紧实，再对顶部型砂增进压实。这类经震击后再加压的外型机叫做震压外型机。震压紧实型砂的紧实度散布好，非凡是在砂箱不过高的情景下，压实的影响也许到达分型面，云云也许大大增加震击次数，从而抬高做事临盆率，浪费能耗。但由于补加压实以收缩空气为动力，比压较低，故多用于中小砂箱的型砂紧实。震击外型机和震压外型机的机关都对比容易，操纵修理便利，合用性强，普遍中袖珍铸件都合用。不过震击式外型机做事时噪音太大，剧烈的震荡也对厂房修筑提议了较高的准则。

（3）压实、微震压实和高压紧实

压实紧实是经历压实外型机来结尾的，多以收缩空气为动力对型砂压实紧实。翻开进气阀，收缩空气由进气孔加入压实气缸4，将活塞3举起，当砂箱2内的型砂遇到压头1时，就产生压实效用。型砂压实后，翻开排气阀，气缸中的收缩空气排出，活塞急忙降落，压实做事结尾。这类紧实较震击紧实的效率高，噪音很小，板滞机关也很容易。弱点是型砂紧实度不匀称，上紧下松。合用于砂箱高度不超出mm而底面积普遍不超出×mm的铸型。

微震压实外型是在型砂受压的同时，模板、砂箱和型砂做高频小振幅(10-13Hz，3-8mm，平凡震击外型的震击频次和振幅离别为1.1-3.3Hz，30-80mm)的一种外型法子。当收缩空气经历做事台的进气孔加入微震气缸后，在收缩空气的压力效用下，微震活塞与静止在做事台上的模板、砂箱激昂；同时收缩空气的压力还使微震气缸向下行动，收缩微压气缸下的弹簧；当微震活塞激昂至翻开排气孔时(排气孔面积是进气孔的6~7倍)，缸内气压敏捷消沉，做事台等靠自重下降，而微震气缸受弹簧效用激昂，两者产生撞击，使砂箱内的型砂得到一次紧实。云云屡次反复，型砂就可以较为敏捷地到达预订的紧实度请求。

微震压实外型比纯真压实成绩好，在类似压力下，能得到更高的紧实度，相当于抬高比压30~50%，并且砂型的紧实度散布对比匀称；临盆率高，每小时可达箱以上，铸件原料较好；震击噪音小，做事前提好，并可消沉对厂房底子的请求；板滞运用牢靠，修理便利，价值也对比便宜。其紧要弱点是仍有必然的噪音。微震压实外型在中小铸件的临盆中已得到较为遍及的运用。

上述压实外型是中低压压实，其压实比压为0.4MPa左右。连年来，国表里大量进展和采纳高压压实外型机。用高压外型机外型时，由于压实比压抬高到0.7Mpa以上，砂型硬度、紧实度和强度都大为抬高，沿砂箱高度方位的紧实度散布得到有所改正，砂型外貌明确，也许得到尺寸对比明确的铸件（可达CT7~8级），表面光洁（Ramax=3.2~2.5μm）；由于铸型紧实度高，蓄热系数也高，放慢了金属固结、冷却速率，改正了铸件内部原料，抬高了力学本能；浪费金属，增加加工余量及花费；压实紧砂工艺容易、临盆率高（~箱砂型/h），易于板滞化，噪音小，做事强度低；适应性强，能建造繁杂、较大的铸件。其弱点是板滞机关繁杂，临盆线投资大；请求工艺设施精度高，刚性大；请求有较高的配置修理调养本领。高压外型合用于成批大量临盆、砂箱尺寸较大、铸件较繁杂及请求较小的尺寸衙役和表面毛糙度低的铸件的临盆。

（4）气流冲砂紧实

气流攻击紧实外型是将压力为0.4~0.6MPa的收缩空气以匀称的气流攻击型砂表面，使型砂紧实的外型新法子。铸型的紧实机构采纳脉冲产生器（攻击头），其机关似储气罐，内有一小室3，室内收缩空气压力每每为0.4~0.6MPa，称为多余压力。小室外部收缩空气压力每每比室内空气压力低0.1MPa，称为储气罐压力。砂箱7和襄理框6满盈型砂，移到攻击头下边并被压紧后，翻开单向快开阀2，室内收缩空气的多余压力忽然降落，强逼翻开隔阂阀5，使收缩空气敏捷加快而产生气流攻击，既而由于空气赶紧膨胀而产生压力波，其速率可达m/s以上；压力波在几多毫秒内穿透周全砂型，使砂型紧实。

气流攻击外型的紧要长处是：砂型紧实度匀称，砂型硬度高，铸件尺寸精度和光洁程度都得到抬高；外型机机关容易，噪音小；临盆率高，做事前提好；砂型充填性好，吃砂量少，可浪费型砂及混砂能耗；适应性强，既可欺诈高压外型型砂，也可欺诈平凡板滞外型型砂。弱点是仍旧有必然的噪音；砂箱或芯盒必需有充实的强度和刚度。

（三）钠水玻璃砂型

锻造临盆中运用最遍及的无机化学粘结剂是钠水玻璃。此范例芯砂与黏土砂对比，有如下长处：

(1)型(芯)砂震动性好，易于紧实，故外型（芯）做事强度低。

(2)强硬快，强度较高，可简化外型（芯）工艺，收缩临盆周期，抬高做事临盆率。

(3)可在型(芯)强硬后起模，型、芯尺寸精度高。

(4)可勾销或收缩烘烤时候，消沉能耗，改正做事处境和做事前提。

1．钠水玻璃粘结剂

水玻璃是种种聚硅酸盐水溶液的通称。锻造上最罕用的是钠水玻璃(Sodiumsilicatewaterglass)，因其廉价，起源足量；其次为钾水玻璃，其余尚有锂水玻璃、钾钠水玻璃、季铵盐水玻璃等，离别是硅酸钠(Na20·mSi02)、硅酸钾(K20，nSi02)、硅酸锂(Li20·mSi02)、硅酸钾钠(mK20·Na20·nSi02)、季铵盐的水溶液。

硅酸钠是弱酸强碱盐，干态时为白色或灰白色团块或粉末，溶于水时，纯的钠水玻璃外表为无色黏稠液体，由于含铁盐而呈灰色或绿色,pH值普遍在11-13。钠水玻璃的化学式为Na20·mSi02·nH20。

钠水玻璃有几个急迫参数，直接影响它的化学和物理性质，也直接影响钠水玻璃砂的工艺本能，这便是钠水玻璃的模数、密度、含固量和粘度等。

(1)模数

钠水玻璃中Si02和Na20的摩尔数之比称为模数，用M来体现。模数的巨细仅体现钠水玻璃中SiO2、Na2O的摩尔数之比，并不体现钠水玻璃中硅酸钠的原料分数。不过模数改观，钠水玻璃机关及其物理—化学性质也会产生改观，由于模数的巨细直接影响硅酸阴离子的围拢度，围拢度越高，模数也越大。模数越高，做为芯(型)砂粘结剂时的强硬速率也越快，到达最高强度的时候也越短。但过高的模数，将使芯(型)砂的保管性差，不适于外型和造芯。

钠水玻璃模数也许经历化学的法子消沉或抬高。消沉钠水玻璃模数可参加适当的NaOH，以抬高水玻璃中Na20的原料分数，从而相对地增加Si02的原料分数。锻造临盆中，吹C02强硬时罕用模数为2的钠水玻璃。

（2）密度、含固量和粘度

钠水玻璃的密度P取决于钠水玻璃中水的原料分数，而不是它的模数，由于Na2O（62）和Si02(60)(括号中数值为相对分子原料)的相对分子原料数值很类似。密度低，水的原料分数高，含固量少，不宜用做型(芯)砂粘结剂；反之，密渡过大，黏稠，也不便定量和不利与砂子混杂。锻造上每每采纳密度为1．32-1．68g／cm3或波美度35-54的钠水玻璃。

2。钠水玻璃砂的强硬机理

硅酸钠是弱酸强碱盐，在水溶液中险些齐备电离，以是钠水玻璃现实是部份电离的聚硅酸负离子和钠离子在水中的散开体制。不同硅酸盐负离子的均衡是盘根错节的，它取决于pH值、模数和温度，在几多特有的反映进程中到达均衡。此中最用意义的反映是硅酸钠(以=Si-0-Na体现)的钠-氧键水解(hydrolysis)(向右施行)和酸-碱反映(向左施行).，硅氧烷链(Si-0-Si(siloxanelinkage)沿线性方位成长，就产生高聚物(polymcr)；当它在三维空间随意生万古，就产生凝胶(gel)，这就致使了钠水玻璃的强硬。

假设没有任何胶凝效用的影响，钠水玻璃则可保管很万古间，但它对引发均衡改观的任何要素却非凡敏锐，这一潜在不安定特色，每每被用来加快钠水玻璃的缩聚，以产生牢固的三维的网状机关，使型砂粘结在一同。

锻造临盆中罕用的一些强硬法子，都是参加能直接或直接影响上述反映均衡点的气态、液态或粉状固化剂，与OH-效用，从而消沉pH值，或靠失水，或靠上述两者的复配合用来到达强硬。

(1)加热强硬----失水产生由液态到固态的动弹

但凡能去除钠水玻璃中水份的法子，如加热烘干、吹热空气或枯燥的收缩空气、真空脱水、微波照耀以及参加产生放热反映的化合物等均也许使钠水玻璃强硬。图是Na20、Si02和H20三元系统的常温状况图。此中锻造行业所用的商品液体钠水玻璃，是图中暗影部份(地域9，M=2.0—3.3，p=1．2—1．7g／cm3)，当这类水玻璃与砂混杂制成砂芯(型)时，假设用加热(或用热空气)方法强硬，会按图中带箭头虚线请教的方位，液体钠水玻璃先变成黏稠液体，接着成为半固体，再变成脱水液体。

(2)化学反映产生新的产品

钠水玻璃在pH值大于10以上很安定，参加适当酸性或具备潜在酸性的物资时，其pH值消沉，安定性降落，使水解和缩聚进程加快施行。

图为pH值对钠水玻璃胶凝时候的影响弧线，弧线呈大写“N”字形,即闻名的“N弧线”。胶凝速率最快的pH值，亦即弧线的最低点在6.8到7.1之间；钠水玻璃安定性最好、胶凝速率非凡慢的pH值，也便是弧线的最高点，在3.2-3.9和10以上。

A)吹C02强硬

C02与钠水玻璃中的水效用产生碳酸：

CO2+H20----2H++C-

产生的H+使表面钠水玻璃的pH值一直消沉，并到达敏捷强硬。

钠水玻璃同C02反映，耗费Na20，把凝胶化的水玻璃推到图的不安定液体和凝胶地域。这类Si02凝胶含$i02高，并使砂芯和砂型竖立强度。

C02是一种脱水本领相当强的气体，从砂粒范畴流过，C02与粘结剂来往面积大，使钠水玻璃部份失水，于是，C02强硬既有钠水玻璃的物理脱水效用，也有化学反映，两种机理难以截然隔开，每每其粘结是两种效用的事实。(哪一种效用占主宰名望?)

采纳C02法强硬，有人觉得仅表现了钠水玻璃粘结本能的10％，：于是不得不把砂中钠水玻璃参加量抬高到6％-7％(原料分数)。图所示为C02强硬后包裹在砂粒表面的钠水玻璃膜的机关模子，膜由两层构成，表层Ι的紧要成份是硅酸胶体以及Na2C03和NaHC03结晶(粉化即白霜)，里层Ⅱ的紧要成份是尚未反映的硅酸钠胶体。

B)有机酯液态强硬剂

酯增进钠水玻璃砂强硬竖立强度分两阶段，酯使钠水玻璃胶凝化，产生强度；终究强度来自硅酸钠脱水。用酯强硬时，酯在钠水玻璃中施行水解生成有机酸和醇，有机酸供应氢离子，其反映通式是

RCOOR’+H2O-------RCOOH+R’OH

RCOO-与钠水玻璃电离的钠离子Na+产生皂化反映，生成脂肪酸钠；H+与钠水玻璃的OH-连系，均有益于酯的进一步水解和使钠水玻璃析出硅酸溶胶，并增进朝着生成大的固结的硅酸分子方位挪动，当它在三维空间随意生万古，就产生凝胶，这就致使钠水玻璃强硬。

(3)不同强硬法子所得钠水玻璃砂的强度是不同的。

其原由于：

①所得到的粘结剂膜机关的密度和有序性陈设不同，于是影响强度的巨细，其按次为加热强硬、酯强硬、铬铁渣强硬、CO2强硬，响应的粘结膜的内聚强度为41MPa、29.8MPa、20.5MPa、14.9MPa；

②所得钠水玻璃的凝胶胶粒巨细显然不同，C02强硬的胶粒直径为0.2—0.48μm，酯强硬的为0.07-0.18μm，真空强硬的为0.06-0.16μm，加热强硬的惟独0.-0.04μm，于是强度会显然不同。

（四）另外范例的砂型

还可运用硅溶胶、植物油、树脂等做为粘结剂产生不同范例的砂

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