① 钛合金为什么能成为航空航天的主流金属用材
钛合金具有密度低、比强度高、耐蚀性好、导热率低、无毒无磁、可焊接、生物相容性好、表面可装饰性强等特性,是一种轻质高强度耐蚀结构材料,在武器装备中具有广泛应用前景,并已经广泛应用于航空、航天、化工、石油、电力、医疗、建筑、体育用品等领域。
作为飞机机体结构和飞机发动机的主要结构材料之一,钛合金的应用水平是衡量飞机选材先进程度的重要标志之一,是影响飞机战术性能的一个重要方面。在国外第三代战斗机上,钛合金用量占机体结构重量比为20%~25%,在第四代战斗机F-22(EMD)上已高达41%,其应用呈大幅度上升趋势。航空发动机的用钛量也在逐步增加,国外先进航空发动机的钛用量已达30%左右,例如V2500发动机的钛用量就高达31%,第四代发动机F119的钛合金用量为40%。在民用飞机方面,钛合金用量也在逐步增长,A380用钛占总重量的10%,单机用钛材约60吨(图1)。空中客车的钛用量已从第三代A320的4.5%增至第四代A340的6%,而即将问世的A350客机的钛用量进一步提高至15%。
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② 铸造钛合金的介绍
用于浇铸成一定形状铸件的钛合金。大部分变形钛合金具有良好的铸造性能。其中最广泛使用的是Ti-6A1-4V合金。它具有最好的铸造工艺性能和稳定的组织,在350℃以下具有良好的强度(5σb≥890MPa)与断裂韧性。
③ 钛合金(TA、TC、TB)铸造性能阐述
钛及钛合金铸件铸造生产工艺
钛及钛合金具有密度低,比强度高,耐腐蚀,线胀系数小,生物相溶性好等优异性能,在航空、航天、远洋运输、化工、冶金、医疗卫生等行业中都是不可缺少的结构材料。工业上最初应用的钛及钛合金制件都是变形件,随着其用量的增多和应用范围的扩大,变形反映出机械加工量大,材料利用率低,生产成本高等弊端,于是铸造技术由此发展起来。钛铸造是比较经济且又容易实现的近成形工艺。钛及钛合金在熔融状态下具有高化学活性,要与常用的各种耐火材料发生化学反应,熔炼和铸造成形难度很大,必须有其专用的造型材料和造型工艺以及专用的熔炼与铸造设备。
一)熔炼工艺:
我国的钛铸造90% 以上熔炼与铸造设备都采用真空自耗电极电弧凝壳炉加离心铸造。坩埚采用水冷铜坩埚,钛液的最大浇注量为500 kg。
自耗电极电弧熔炼法是以钛或钛合金制成的自耗电极为阴极,以水冷铜坩埚为阳极;大电流熔炼,钛电极的熔化速度远远大于钛的凝结速度,熔化了的电极以液滴形式进入坩埚,形成熔池;熔池表面被电弧加热,始终呈液态,底部和坩埚接触的四周受到循环水强制冷却,产生自下而上的结晶。这种方法具有结构简单、维持费用低、大型化容易等优点,缺点是浇注温度难以调节和控制,一停弧后,金属液必须在3~5秒内全部从坩埚倒出,否则温度急剧下降,金属液过热度不高,使得液体流动性和补缩能力较差。自耗电极电弧熔炼对电极的质量要求很高,要求电极内部组织致密。熔炼过程中危险性较大,稍微操作不慎将会出现电弧损坏坩埚,造成坩埚外壁强制冷却的循环水进入坩埚,污染钛液,水蒸气损坏真空泵系统。
二)铸造型腔工艺:
钛合金铸造的造型工艺主要有金属型、机加工石墨型、金属面层陶瓷型壳、氧化物陶瓷型壳。
1)金属型
金属型在钛合金铸造领域中,用作铸型的金属材料主要有铜、钢、铸铁、钨、钼等,与石墨加工型一起统称为硬模系统。由于存在着工艺上的分型等难点,这种方法很难制造出复杂形状的钛铸件,而大多只在特定的铸件上使用。
2)石墨型
机加工石墨型强度高,退让性不好,对液态钛要产生激冷,常使铸件表面产生裂纹和冷隔,生产成本高、生产周期长。石墨孔隙较大,容易吸潮,所以机加工石墨型使用前必须进行除油、除气处理,否则铸件表面氧化现象严重。铸件尺寸比较大,壁比较厚(≥5mm),形状简单,所需数量只有一件或几件。选择机加工石墨型。
3)陶瓷型
(1)金属面层陶瓷型壳采用难熔金属钨粉作为耐火材料,金属钨的熔点高,与钛液接触时化学稳定性好,但是钨粉应具有较高的纯度,杂质含量不能超过规定标准,否则将影响钛铸件的品质。钨面层熔模型壳必需采用溶剂脱蜡,而且在特制的脱蜡槽中进行,对人体健康有很大的伤害,同时也污染环境。钨面层型壳高温焙烧必须在还原性气氛下进行,脱蜡后沉积在型壳外貌上的模料灰分很难烧化,在浇注时很容易与液钛反应,在铸件外貌形成气孔。涂料浆工艺性能不好,悬浮性差,涂料浆寿命短,保存困难,价格昂贵。
(2)氧化物陶瓷型壳是将惰性氧化物做为面层型壳耐火材料。各种氧化物材料按其对熔融钛合金的化学稳定性由低到高排列的顺序如下:SiO2、MgO、Al2O3、CaO、ZrO2、Y2O3、ThO2。ThO2由于具有放射性已基本不用。CaO容易吸潮,所以阻碍了它的应用。现在,用作熔模铸造型壳面层和邻面层的材料主要是Y2O3、ZrO2。
未经稳定化处理的ZrO2不能做为铸钛的造型材料,因为它会发生同素异形体转变,常温下为单斜晶体,高温下为四方晶体,温度更高则转变为立方晶体,单斜晶体转变为四方晶体时,伴随着9%左右的体积变化,使型壳发生开裂。通常采取向ZrO2 中加入4%~8%的CaO,经高温电熔或煅烧后就可以得到稳定的ZrO2 固溶体(也有用Y2O3稳定),工业上大多采用电熔ZrO2。
Y2O3 同ZrO2 一样,必须经过高温稳定化处理后才能用作钛合金造型材料。Y2O3 陶瓷型壳具有热导率低、强度高等优点,浇注出的铸件表面质量好,但Y2O3价格比较昂贵,来源困难。
我国的铸钛工业发展比较快,近几年来新增加了一些铸钛生产厂。目前,全国的铸钛生产厂、研究所已经将近20 个,新增的钛铸造厂也都将产品定位在钛熔模精密铸件上,陕西锦瀚稀贵金属有限公司常年与哈尔滨工业大学、西安交通大学、西北工业大学进行技术交流合作,致力于钛、镍、锆及其合金的精密铸件生产,形成以精密铸造为主、机加工石墨型为辅的生产模式。
随着钛及钛合金铸造技术的发展和日益成熟,加上热等静压(HIP)技术的诞生和在钛合金铸件方面的成功应用,较好的解决了铸件的质量问题,提高了铸件的可靠性。从20世纪80年代以后,钛及钛合金铸件在航空、航天及其他方面的应用每年以20%的速度递增。铸造工艺方面,目前已经由单件铸造发展到几件或几十件零件组合成的大型整体铸件。应用范围已经从早期的受力不大的非关键静止结构件发展到成为航空发动机中的构件组成部分,完全取代了一些变形钛合金、铝合金、钢件。
随着航空发动机对推重比和刚度要求的提高,要求其中的一些关键钛合金构件做成大型复杂薄壁的整件精铸件。一些先进的航空大型涡轮发动机风扇机匣、中介机匣、前机匣、压缩机机匣等都开始使用钛合金精铸件。大型客机的导风管、隔热屏、支架、框架、耳轴、支撑架、刹车壳体、等也都以钛合金精铸件替代原来的构件。
军用飞机方面,钛合金铸件的使用也逐步在增加,如:支座、框架、支架、制动勾、机翼上受力物件、方向舵转动装置支架、变速装置壳件、吊架支撑附件等,实践证实了钛合金铸件在飞机上的应用是成功、可靠的。不仅如此,在生产成本上,由于使用了钛合金铸件,使飞机的某些机构的设计、加工、紧固、装配等都变得比原来未使用钛合金铸件时的机构简化了,从而大大降低了飞机的制造成本。钛合金铸件在航天领域中主要用于导弹、航天飞机飞船、人造卫星。其应用部位主要为:导弹壳体、尾翼、舵翼及连接座等,航天飞机和飞船支架、框架、支座、附件、壳体等,由于钛合金铸件具有高的刚性、轻的重量和光学玻璃相当的热膨胀系数,也应用于人造卫星及其他光学仪器的托框、基座、连结架以及壳体等。
钛及钛合金铸件在日常工业生产方面也有着广泛的应用领域。由于钛及钛合金具有良好的耐腐蚀性能,是化工及其他耐腐蚀工业的不可替代的材料。广泛应用于化工、造纸、石油、制碱、冶金、农药等工业。主要应用产品是以工业纯钛和钛—钯合金为材质的铸造钛泵、钛风机,各种不同类型的阀门,如:截止阀、球阀、旋塞阀、闸阀、蝶阀、止回阀等。
随着人们生活水平的提高和对健康质量要求的提升,钛合金以其高的疲劳强度,和人体超强的亲和力等诸多优点,也被越来越多的用在医疗卫生领域。如:铸造钛合金髋关节修复件、膝关节修复件、人体假肢、口腔修复等等。运动器械领域钛合金精密铸件的用量非常巨大,如:自行车配件,高尔夫球头。尤其是钛合金高尔夫球头市场容量最为巨大,但铸造工艺比较复杂。
目前,钛及钛合金铸件的使用范围还在扩展,更多的应用领域也在相继研究,但还存在着一些问题:1.合金品种少、牌号少,基本上常用的钛合金都是工业纯钛铸件和TC4合金铸件。2.铸件应用范围小,大部分铸件都用在了石油化工行业(工业纯钛铸件),航空、航天领域应用很少,致使我国钛铸造工业的工艺和技术水平难以提高。3.造型工艺普遍落后,大部分厂家都是用石墨型造型工艺(机加工石墨型和捣实石墨型),而熔模精密铸造应用很少。铸造出的铸件表面比较粗糙。4.熔炼设备基本上都为真空自耗电极电弧凝壳炉,熔炼过程危险性较高,熔化金属液过热度不高,造成铸件表面易产生流痕、冷隔等缺陷,薄壁零件成形困难。
为改善我国钛铸造工业生产的落后状态,提高我国铸钛工业的整体工艺和技术水平,还需进行以下几方面的研究:1.改进现有的造型工艺,研究新的粘结剂和造型材料,简化工艺,缩短生产周期,降低生产成本。2.研究和发展新的熔炼和铸造设备及其技术,提高金属液的过热度,改善和提高铸造钛液的流动性和充型补缩能力,为研制大型复杂薄壁整体精铸件创造有利条件。3.进一步扩大计算机模拟凝固技术在钛合金铸造中的应用,以提高铸件质量,减小铸件的废品率。4.研究和发展钛合金铸件的各种热处理工艺和热化学处理技术,以改善钛合金铸件的微观组织结构,提高铸件的力学性能。5.熔模铸造只能生产中小型铸件,应寻求一种生产更大型、更净形、更高效铸件的造型工艺,提高钛合金铸件的生产能力。
④ 什么叫钛合金成分是什么
钛合金是以钛为基加入其他元素组成的合金。钛有两种同质异晶体:882℃以下为密排六方结构α钛,882℃以上为体心立方的β钛。合金元素根据它们对相变温度的影响可分为三类:①稳定α相、提高相转变温度的元素为α稳定元素,有铝、碳、氧和氮等。其中铝是钛合金主要合金元素,它对提高合金的常温和高温强度、降低比重、增加弹性模量有明显效果。②稳定β相、降低相变温度的元素为β稳定元素,又可分同晶型和共析型二种。前者有钼、铌、钒等;后者有铬、锰、铜、铁、硅等。③对相变温度影响不大的元素为中性元素,有锆、锡等。
⑤ 什么是钛合金
问题一:钛合金是什么材料 钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属,钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金,钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性,相继对其进行研究开发,并得到了实际应用。20世纪50~60年代,主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金,70年代开发出一批耐蚀钛合金,80年代以来,耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。钛合金主要用于龚作飞机发动机压气机部件,其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。
问题二:钛合金是什么材质 金属钛 材质,性能非常好,重量轻,比重为钢的一半。强度高,与不锈钢相同。加工难度大。
问题三:钛合金的主要用途是什么? 钛合金具有强度高而密度又小,机械性能好,韧性和抗蚀性能很好。另外,钛合金的工艺性能差,切削加工困难,在热加工中,非常容易吸收氢氧氮碳等杂质。还有抗磨性差,生产工艺复杂。钛的工业化生产是1948年开始的。航空工业发展的需要,使钛工业以平均每年约 8%的增长速度发展。目前世界钛合金加工材年产量已达4万余吨,钛合金牌号近30种。使用最广泛的钛合金是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工业纯钛(TA1、TA2和TA3)。
钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件,钛合金其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。60年代中期,钛及其合金已在一般工业中应用,用于制作电解工业的电极,发电站的冷凝器,石油精炼和海水淡化的加热器以及环境污染控制装置等。钛及其合金已成为一种耐蚀结构材料。此外还用于生产贮氢材料和形状记忆合金等。
钛合金是航空航天工业中使用的一种新的重要结构材料,比重、强度和使用温度介于铝和钢之间,但比强度高并具有优异的抗海水腐蚀性能和超低温性能。钛合金1950年美国首次在F-84战斗轰炸机上用作后机身隔热板、导风罩、机尾罩等非承键庆力构件。60年代畅始钛合金的使用部位从后机身移向中机身、部分地代替结构钢制造隔框、梁、襟翼滑轨等重要承力构件。钛合金在军用飞机中的用量迅速增加,达到飞机结构重量的20%~25%。70年代起,钛合金民用机开始大量使用钛合金,如波音747客机用钛量达3640公斤以上。马赫数小于 2.5的飞机用钛主要是为了代替钢,以减轻结构重量。又如,美国SR-71 高空高速侦察机(飞行马赫数为3,飞行高度26212米),钛占飞机结构重量的93%,号称“全钛”飞机。当航空发动机的推重比从4~6提高到8~10,压气机出口雀辩温度相应地从200~300°C增加到500~600°C时,钛合金原来用铝制造的低压压气机盘和叶稿岁握片就必须改用钛合金,或用钛合金代替不锈钢制造高压压气机盘和叶片,以减轻结构重量。70年代,钛合金在航空发动机中的用量一般占结构总重量的20%~30%,主要用于制造压气机部件,如锻造钛风扇、压气机盘和叶片、铸钛压气机机匣、中介机匣、轴承壳体等。航天器主要利用钛合金的高比强度,耐腐蚀和耐低温性能来制造各种压力容器、燃料贮箱、紧固件、仪器绑带、构架和火箭壳体。人造地球卫星、登月舱、载人飞船和航天飞机 也都使用钛合金板材焊接件。
问题四:钛合金的主要用途是什么? (1)强度高
钛合金的密度一般在4.5g/cm3左右,仅为钢的60%,纯钛的强度才接近普通钢的强度,一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料,见表7-1,可制出单位强度高、刚性好、质轻的零、部件。目前飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。
(2)热强度高
使用温度比铝合金高几网络,在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450~500℃的温度下长期工作这两类钛合金在150℃~500℃范围内仍有很高的比强度,而铝合金在150℃时比强度明显下降。钛合金的工作温度可达500℃,铝合金则在200℃以下。
(3)抗蚀性好
钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作,其抗蚀性远优于不锈钢;对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强;对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差。
(4)低温性能好
钛合金在低温和超低温下,仍能保持其力学性能。低温性能好,间隙元素极低的钛合金,如TA7,在-253℃下还能保持一定的塑性。因此,钛合金也是一种重要的低温结构材料。
(5)化学活性大
钛的化学活性大,与大气中O、N、H、CO、CO2、水蒸气、氨气等产生强烈的化学反应。含碳量大于0.2%时,会在钛合金中形成硬质TiC;温度较高时,与N作用也会形成TiN硬质表层;在600℃以上时,钛吸收氧形成硬度很高的硬化层;氢含量上升,也会形成脆化层。吸收气体而产生的硬脆表层深度可达0.1~0.15 mm,硬化程度为20%~30%。钛的化学亲和性也大,易与摩擦表面产生粘附现象。
(6)导热系数小、弹性模量小
钛的导热系数λ=15.24W/(m.K)约为镍的1/4,铁的1/5,铝的1/14,而各种钛合金的导热系数比钛的导热系数约下降50%。钛合金的弹性模量约为钢的1/2,故其刚性差、易变形,不宜制作细长杆和薄壁件,切削时加工表面的回弹量很大,约为不锈钢的2~3倍,造成刀具后刀面的剧烈摩擦、粘附、粘结磨损。
问题五:钛合金的分类 钛是同素异构体,熔点为1668℃,在低于882℃时呈密排六方晶格结构,称为α钛;在882℃以上呈体心立方晶格结构,称为β钛。利用钛的上述两种结构的不同特点,添加适当的合金元素,使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金(titanium alloys)。室温下,钛合金有三种基体组织,钛合金也就分为以下三类:α合金,(α+β)合金和β合金。中国分别以TA、TC、TB表示。 它是双相合金,具有良好的综合性能,组织稳定性好,有良好的韧性、塑性和高温变形性能,能较好地进行热压力加工,能进行淬火、时效使合金强化。热处理后的强度约比退火状态提高50%~100%;高温强度高,可在400℃~500℃的温度下长期工作,其热稳定性次于α钛合金。三种钛合金中最常用的是α钛合金和α+β钛合金;α钛合金的切削加工性最好,α+β钛合金次之,β钛合金最差。α钛合金代号为TA,β钛合金代号为TB,α+β钛合金代号为TC。钛合金按用途可分为耐热合金、高强合金、耐蚀合金(钛-钼,钛-钯合金等)、低温合金以及特殊功能合金(钛-铁贮氢材料和钛-镍记忆合金)等。典型合金的成分和性能见表。热处理 钛合金通过调整热处理工艺可以获得不同的相组成和组织。一般认为细小等轴组织具有较好的塑性、热稳定性和疲劳强度;针状组织具有较高的持久强度、蠕变强度和断裂韧性;等轴和针状混合组织具有较好的综合性能。
问题六:钛合金和不锈钢 有什么区别 一软一硬,共同点就是不生锈。
问题七:钛合金的用途以及种类? 钛合金的分类
钛是同素异构体,熔点为1720℃,在低于882℃时呈密排六方晶格结构,称为α钛;在882℃以上呈体心立方品格结构,称为β钛。利用钛的上述两种结构的不同特点,添加适当的合金元素,使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金(titanium alloys)。室温下,钛合金有三种基体组织,钛合金也就分为以下三类:α合金,(α+β)合金和β合金。中国分别以TA、TC、TB表示。[编辑本段]钛合金的用途 钛合金具有强度高而密度又小,机械性能好,韧性和抗蚀性能很好。另外,钛合金的工艺性能川,切削加工困难,在热加工中,非常容易吸收氢氧氮碳等杂质。还有抗磨性差,生产工艺复杂。钛的工业化生产是1948年开始的。航空工业发展的需要,使钛工业以平均每年约 8%的增长速度发展。目前世界钛合金加工材年产量已达4万余吨,钛合金牌号近30种。使用最广泛的钛合金是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工业纯钛(TA1、TA2和TA3)。
钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件,其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。60年代中期,钛及其合金已在一般工业中应用,用于制作电解工业的电极,发电站的冷凝器,石油精炼和海水淡化的加热器以及环境污染控制装置等。钛及其合金已成为一种耐蚀结构材料。此外还用于生产贮氢材料和形状记忆合金等。
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⑥ 什么是钛合金
钛是同素异构体,熔点为℃,在低于882℃时呈密排六方晶格结构,称为α钛;在882℃以上呈体心立方品格结构,称为β钛。利用钛的上述两种结构的不同特点,添加适当的合金元素,使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金(itanium
alloys)。室温下,钛合金有三种基体组织,钛合金也就分为以下三类:α合金,(α+β)合金和β合金。中国分别以TA、TC、TB表示。
α钛合金
它是α相固溶体组成的单相合金,不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度下,均是α相,组织稳定,耐磨性高于纯钛,抗氧化能力强。在500℃~600℃的温度下,仍保持其强度和抗蠕变性能,但不能进行热处理强化,室温强度不高。
β钛合金
它是β相固溶体组成的单相合金,未热处理即具有较高的强度,淬火、时效后合金得到进一步强化,室温强度可达1372~1666
MPa;但热稳定性较差,不宜在高温下使用。
α+β钛合金
它是双相合金,具有良好的综合性能,组织稳定性好,有良好的韧性、塑性和高温变形性能,能较好地进行热压力加工,能进行淬火、时效使合金强化。热处理后的强度约比退火状态提高50%~100%;高温强度高,可在400℃~500℃的温度下长期工作,其热稳定性次于α钛合金。
三种钛合金中最常用的是α钛合金和α+β钛合金;α钛合金的切削加工性最好,α+p钛合金次之,β钛合金最差。α钛合金代号为TA,β钛合金代号为TB,α+β钛合金代号为TC。
钛合金按用途可分为耐热合金、高强合金、耐蚀合金(钛-钼,钛-钯合金等)、低温合金以及特殊功能合金(钛-铁贮氢材料和钛-镍记忆合金)等。典型合金的成分和性能见表。
热处理
钛合金通过调整热处理工艺可以获得不同的相组成和组织。一般认为细小等轴组织具有较好的塑性、热稳定性和疲劳强度;针状组织具有较高的持久强度、蠕变强度和断裂韧性;等轴和针状混合组织具有较好的综合性能。
⑦ 想问一下什么是钛合金
钛合金指的是多种用钛与其他金属制成的合金金属悄丛激。
钛合金是以钛为基础加入了其它元素组成的合金,钛合金材料具有质量轻,强度大,弹性小,耐高温和耐腐蚀等特点,主要用于航空发动机,火箭,导弹的部件。
钛合金是比较年轻的一种金属,从被研发出来到现在也就六,七十年的历史,进入20世纪后传统的钢铁和铝已经不能满足郑埋航天航空,航海等领域的需求,在1954年由美国公司研发出了钛合金材料。
钛合金的特性
1、强度高
钛合金的密度一般在4.51g/立方厘米左右,仅为钢的60%,纯钛的密度才接近普通钢的密度,一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。
2、热强度高
使用温度比铝合金高几网络,在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450~500℃的温度下长期工作。
3、抗蚀性好
钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作,其抗蚀性远优于不锈钢;对点蚀、酸启袜蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强;对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。
4、低温性能好
钛合金在低温和超低温下,仍能保持其力学性能。低温性能好,间隙元素极低的钛合金,如TA7,在-253℃下还能保持一定的塑性。
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