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Aciers au carbone                                                              - Prévus pour TT          - Lettres CC suiv...
Aciers alliés                                              -Aciers faiblement alliés :                  teneur en éléments...
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Aciers fortement alliés     - La désignation est précédée par la lettre Z     - La suite étant identique à celle des acier...
Aciers à outilsDeux désignations sont utilisées :- Notation conventionnelle relative aux aciers alliés.- Notation à 4 chif...
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Aciers de construction- Non destinés aux traitements thermiques- Utilisés dans la construction mécanique classique,  les o...
Aciers pour TT               - Aciers au Carbone (XC08 => XC90) et aciers                                          faiblem...
Exemples d’acier pour TT        Acier               Domaine d’applicationAciers au manganèse Chaudronnerie soudée, ressort...
Aciers à outils (1)                     -Aciers pour la fabrication des outils.                 - Propriétés particulièrem...
Aciers rapides     Les aciers rapides sont des aciers spéciaux de haute     performance, qui offrent :             • Une g...
Aciers pour travail à froid Aciers pour outils travaillant à la température ambiante sans réchauffage notable. 2 catégorie...
Aciers pour travail à froid -      aciers non alliés   - Aciers au C (jusqu’à 1,4%) contenant du Mn et du Si.   - Les plus...
Aciers pour travail à froid –     aciers alliés (1)- Contiennent des éléments d’alliage tels que Mo, V, Mn, Cr, W- % en C ...
Aciers pour travail à froid –     aciers alliés (2)    - Classification d’après leurs propriétés :                 Résista...
Aciers pour travail à chaud    - Ces aciers sont actuellement au nombre de 18.    - Ils doivent travailler à des températu...
Tapure            Défaut grave prenant la forme dune fissure            débouchante ou incluse.-Dans les alliages, lappari...
Tapure - exempleExamen métallographique sur une lame de couteau en acier damas sandwichprésentant un défaut en long sur to...
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glossaire Le fluage est le phénomène qui provoque la déformation irréversible d’un matériau soumis à une contrainte consta...
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  1. 1. Ecole Polytechnique de Tunisie Procédés II - partie 5Classification et désignations des aciers Année universitaire 2012 - 2013 1
  2. 2. Diagramme Fe -C 2Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  3. 3. Diagramme Fe -C 3Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  4. 4. Diagramme Fe -C- Le diagramme Fe-C renseigne sur le comportementd’un alliage Fe-C.- Les aciers usuels contiennent des éléments d’alliageet des impuretés (addition involontaire, éléments non éliminés en coursd’élaboration) incorporés dans la structure.- Si la quantité d’éléments ajoutés est importante,elle peut dépasse la limite de solubilité et d’autresphases vont se former et conditionner les propriétésde l’acier. 4 Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  5. 5. Effets des éléments d’alliage Les différents éléments d’alliage (ou d’addition) peuvent être divisés en 3 grandes classes : - Les éléments alphagènes - Les éléments gammagènes - Les élements carburigènesAddition (élément daddition) : Eléments chimique (métallique ou non) ajouté en quantité modéréedans la composition dun alliage pour modifier ses propriétés métallurgiques.Alliage (élément dalliage) : Elément chimique (métallique ou non) ajouté en quantité relativementimportante dans la composition dun alliage pour optimiser ses propriétés métallurgiques. 5 Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  6. 6. Les éléments alphagènes contribuent à l’extension du domaine de la solution solide α et réduisent celui de γ. En général, ils ont la même structure cristalline que α : cubique centrée. Exemples : Cr, Nb, Si,… Alphagène (élément alphagène) : Elément dalliage dont la présence accroit le domaine des températures dexistence dune phase solide appelée «alpha» . Acier ferritique : Acier dont la structure est essentiellement constituée de ferrite à température ambiante. 6Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  7. 7. Les éléments gammagènes diminuent AC1 et étendent le domaine de la solution solide γ (austénite). abaissent la température de transformation α => γ (AC3). Austénite : Solution solide dun ou plusieurs éléments (carbone, manganèse, nickel,…) dans le fer gamma de structure cubique à face centrée. Acier austénitique : Acier dont la structure est essentiellement constituée dausténite à température ambiante. 7 Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  8. 8. AC1 –AC3 Ac (Ac1, Ac3) : Températures de transformation des alliages fer-carbone avec un échauffement suffisamment rapide pour ne pas respecter les températures déquilibre. Ce terme est utilisé pour indiquer que la température de transformation augmente avec la vitesse de chauffage (Ac1>A1 et Ac3>A3). 8Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  9. 9. AC1 –AC3 Ac (Ac1, Ac3) : Températures de transformation des alliages fer-carbone avec un échauffement suffisamment rapide pour ne pas respecter les températures déquilibre. Ce terme est utilisé pour indiquer que la température de transformation augmente avec la vitesse de chauffage (Ac1>A1 et Ac3>A3). 9Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  10. 10. Les éléments carburigènes Ce sont les éléments qui ont une forte tendance, s’ils sont présents en quantité suffisante à former avec le carbone des carbures. Exemple : V, Ti, Nb, W, Mo, Cr…. Les éléments connus pour être peu ou pas carburigènes sont Ni, Si, Cu, N, Mn. 10 Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  11. 11. Rôle des différents éléments d’alliage Tendance à former Rôle pour la Rôle durcissant Eléments des carbures résistance au fluage C fort à modéré - Modéré à faible Mn modéré à fort modéré faible P modéré nul modéré S négatif nul nul Si modéré négatif faible Ni modéré nul faible Cr fort fort faible Mo fort fort fort W faible fort fort V fort fort fort Ti fort fort modéré Co négatif nul faible Al faible négatif négatif Zr faible fort - Cu modéré nul - Nb fort fort modéré 11Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  12. 12. Chaque élément a une fonction principale :Eléments Fonction principale C Contrôle le niveau de résistance Mn Durcit, améliore la trempabilité et la ductilité P Améliore la résistance à la corrosion S Améliore l’usinabilité mais diminue la ductilité Si Intervient comme désoxydant Ni Durcissant par solution solide, améliore la ténacité à basse T° Cr Durcissant par formation de carbures (résistance à l’usure), améliore la résistance à l’oxydation. Mo Durcissant par formation de carbures, améliore la résistance à chaud W Améliore la résistance au fluage et à l’usure V Durcissant par formation de carbures, améliore la résistance à chaud Ti Améliore la résistance à l’usure (carbures de Ti très durs) Co Améliore la résistance à haute température, mais diminue la trempabilité Al Contrôle le grossissement de grains à haute température Zr Diminue la tendance à la déformation par vieillissement Cu Améliore la résistance à la corrosion Nb Peu utilisé 12 Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  13. 13. La ductilité désigne la capacité d’un matériau à se déformer plastiquement sans se rompre. La rupture se fait lorsqu’un défaut (fissure ou cavité), induit par la déformation plastique, devient critique et se propage. La ductilité est donc l’aptitude qu’a un matériau à résister à cette propagation. S’il y résiste, il est dit ductile, sinon il est dit fragile. La ténacité est la capacité d’un matériau à résister à la propagation d’une fissure; cela s’oppose à la fragilité. Plus précisément, on définit la ténacité comme étant la quantité d’énergie qu’un matériau peut absorber avant de casser. Les matériaux pouvant se déformer plastiquement ont donc une plus grande ténacité que les matériaux à déformation uniquement élastique comme le verre. Le fluage est le phénomène qui provoque la déformation irréversible d’un matériau soumis à une contrainte constante, inférieure à la limite d’élasticité du matériau, pendant une durée suffisante. 13Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  14. 14. - Les aciers destinés à des utilisations particulières contiendront les éléments qui les rendront performants pour de telles utilisations. - Désignation des Aciers : sert à donner des références aux aciers de manière à pouvoir identifier les éléments principaux qui les constituent. 14Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  15. 15. Normes de désignation des aciers - Il existe plusieurs normes de désignation : Française (Normes AFNOR) Allemande (DIN) Américaine (ASTM) etc,… - Normes AFNOR : désignations différentes d’une nuance d’acier à une autre. AFNOR : Association Française de Normalisation 15Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  16. 16. Désignation selon les règles AFNORAciers d’usage général non alliés :- Non prévus pour subir des traitements thermiques.- Lettre A suivie d’un nombre indiquant la résistance à latraction en daN/mm2. Exemple : A 50-Lettre E suivie d’un nombre indiquant la limite d’élasticité endaN/mm2, et éventuellement un chiffre indiquant la qualité. Exemple : E 36-3 3 soudable 16Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  17. 17. Aciers au carbone - Prévus pour TT - Lettres CC suivies d’un nombre qui indique la teneur approximative en carbone en centième. Exemple : CC 15 => 0,15%C. -Lettres XC suivies d’un nombre qui indique la teneur en carbone en centième, ceci lorsqu’il s’agit d’aciers de tolérances sur les compositions plus serrées.Cette désignation est parfois suivie d’une ou 2 lettres qui donnent d’autres renseignements sur l’acier. Exemples : XC 20 S (acier à 0,2% en C, soudable), XC 48 TS (acier à 0,48% en C pour trempe superficielle). 17 Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  18. 18. Aciers alliés -Aciers faiblement alliés : teneur en éléments d’alliage (tous) inférieure à 5% -Aciers fortement alliés : teneur en éléments d’alliage (au moins un) supérieure à 5% •Acier faiblement allié : Acier dont les propriétés métallurgiques ont été spécialement modifiées par ajout délément(s) dalliage (chrome, molybdène, nickel,...) dans lequel tous les éléments dalliage ont une teneur inférieure à 5% par convention. •Acier fortement allié : Acier dont les propriétés métallurgiques ont été spécialement modifiées par ajout délément(s) dalliage (chrome, molybdène, nickel,...) dans lequel au moins un élément dalliage a une teneur supérieure à 5% par convention. 18Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  19. 19. Aciers faiblement alliés La désignation comprend :- Un nombre égal à la teneur moyenne en carbone en centième.- Une ou plusieurs lettres désignant les principaux éléments d’alliages dans l’ordre des teneurs décroissantes.- Un nombre indiquant la teneur moyenne de l’élément correspondant à la première lettre et parfois un second nombre qui indique la teneur du 2ème élément. Ces nombres sont à diviser par un facteur multiplicateur qui dépend de l’élément d’addition. Exemple : 30NC11 0,3% Carbone – 11/4% Ni – quelques % de Cr. 19 Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  20. 20. Facteur multiplicateur Elément Symbole Facteur multiplicateur Aluminium A 10 Chrome C 4 Cobalt K 4 Manganèse M 4 Molybdène D 10 Nickel N 4 Plomb Pb 10 Silicium S 4 Soufre F 10 Titane T 10 Tungstène W 10 Vanadium V 10 20Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  21. 21. Aciers fortement alliés - La désignation est précédée par la lettre Z - La suite étant identique à celle des aciers faiblement alliés sauf que le % de l’élément correspondant à la première lettre est réel (non divisé par le facteur multiplicateur). Exemple :  Z 200 C12 2% carbone, 12% chrome 21Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  22. 22. Aciers à outilsDeux désignations sont utilisées :- Notation conventionnelle relative aux aciers alliés.- Notation à 4 chiffres : Exemples :   4441 : Z85 DCWV 08-04-02-02 4371 : Z85 WDKCV 06-05-04-02 22 Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  23. 23. Notation à 4 chiffres 1er chiffre 1 non alliés pour travail à froid 2 alliés pour travail à froid 3 alliés pour travail à chaud 4 rapides 2ème chiffre 1 ou 4 1=W 4 = Mo 2 travail à froid – conditions spécifiques 3 travail à chaud – conditions spécifiques. 3 ème chiffre : Elément d’alliage 4 W 6 V 7 Co 4ème chiffre : Différentes nuances du même groupe Exemples :   4441 : Z85 DCWV 08-04-02-02 4371 : Z85 WDKCV 06-05-04-02 23Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  24. 24. d’utilisation : Classes d’aciers On définit un certain nombre de classes d’aciers suivant les domaines d’utilisation. -Acier de construction -Acier pour traitement thermique (TT) -Acier à outils 24Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  25. 25. Aciers de construction- Non destinés aux traitements thermiques- Utilisés dans la construction mécanique classique, les ossatures, les pylônes, les engins de levage,…- Ce sont en général des aciers contenant : * Teneurs modérées en C (< 0,3%). * du Manganèse (Mn) * un peu de Si (< 0,5%) * et/ou de l’Al (<0,1%). - Doivent répondre particulièrement à 2 exigences : * Bonne ductilité * Bonne soudabilité Exemple : CC11, CC18, 14M4, 22M5,… 25 Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  26. 26. Aciers pour TT - Aciers au Carbone (XC08 => XC90) et aciers faiblement alliés. - Utilisés pour toutes les pièces sollicitées mécaniquement (travaillant à T ambiante). - Amélioration des propriétés assurée par les traitement thermiques. 26Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  27. 27. Exemples d’acier pour TT Acier Domaine d’applicationAciers au manganèse Chaudronnerie soudée, ressorts,….Aciers au silicium Engrenages, villebrequins, arbres de transmission, barres de torsionAciers au chrome Bielles, essieux, attelagesAciers au Cr-Mo Arbres de roues, de turbine, engrenages, canons de fusilsAciers au Ni-Mo Boulonnerie vapeurAciers au Cr-Ni-Mo Marteaux pilons, blocs à matriceAciers au Ni-Cr-Mo Tuyauteries vapeur, gros engrenages 27Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  28. 28. Aciers à outils (1) -Aciers pour la fabrication des outils. - Propriétés particulièrement requises : * Bonne résistance à chaud * Grande dureté à froid * Résistance à l’usure * Bonne trempabilité. -Teneur en C élevée (0,6 à 1,4) et pouvant atteindre 2%. -Les résistances à l’usure et à chaud sont assurées par la présence de carbures (éléments carburigènes : V, Mo, W et Cr). - Il existe 3 types d’aciers à outils : * pour travail à froid (20°C) * pour travail à chaud * aciers rapides. 28Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  29. 29. Aciers rapides Les aciers rapides sont des aciers spéciaux de haute performance, qui offrent : • Une grande dureté jusqu’à une température de 500°C • Et une grande résistance à l’usure (grâce à des éléments d’alliage tels que le tungstène, le molybdène, le vanadium et le chrome, qui permettent de former des carbures de grande dureté). • Pour améliorer la résistance à chaud, il est possible d’ajouter du cobalt.Lappelation acier rapide (AR), ou ARS pour « acier rapide supérieur », désigne les aciers à outils ayant lacapacité de conserver leur trempe à haute température. Ils sont notamment employés pour la découpe à hautevitesse (foret, …), doù le terme « rapide », que lon retrouve dans la désignation en anglais : high speed steel,abrégé HSS.Les aciers rapides sont généralement utilisés pour leurs propriétés de dureté élevées (> 60 HRC) et leurniveau de résilience acceptable (propriété de résistance au choc).Ils présentent en général une forte résistance à lusure du fait de leur fort alliage et de la présence significativedéléments producteurs de carbures durs tels que le tungstène et le vanadium. 29 Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  30. 30. Aciers pour travail à froid Aciers pour outils travaillant à la température ambiante sans réchauffage notable. 2 catégories : - Aciers non alliés - Aciers alliés 30Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  31. 31. Aciers pour travail à froid - aciers non alliés - Aciers au C (jusqu’à 1,4%) contenant du Mn et du Si. - Les plus anciens aciers à outils (20% des aciers à outils actuels). - peuvent avoir une très bonne dureté, mais ils ont une faible trempabilité (d’où leur emploi essentiellement pour les pièces de sections réduites) - Faciles à usiner. - Utilisation en petite mécanique (outillage à main ou agricole, coutellerie). 31Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  32. 32. Aciers pour travail à froid – aciers alliés (1)- Contiennent des éléments d’alliage tels que Mo, V, Mn, Cr, W- % en C est élevé et peut atteindre 2%- Meilleure trempabilité par rapport aux aciers non alliés- Plus grande résistance à l’usure (présence de carbures alliés plus durs que Fe3C).- Traitements thermiques faciles- Pratiquement insensibles aux tapures- Classifiés d’après leurs propriétés 32Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  33. 33. Aciers pour travail à froid – aciers alliés (2) - Classification d’après leurs propriétés : Résistants à l’usure : 100C2, 130C3, Z200CD12, … Très haute résistance à l’usure : Z200C12, Z200CD12, Z200CDV5 Résistants aux chocs : 46S7, 45SCD6, 35NC15, 42CD4 -Utilisation : outils de coupe de faibles ou moyennes dimensions sans échauffements ni chocs notables (forets, tarauds, alésoirs, lames de cisaille,…) 33Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  34. 34. Aciers pour travail à chaud - Ces aciers sont actuellement au nombre de 18. - Ils doivent travailler à des températures très variables, allant de 200°C (outillage de forge ou de cisaillage) jusqu’à 600 ou 700°C (outillage de presse, de filage, moulage à chaud). -Ces aciers risquent : - Rupture mécanique en service - Déformation par fluage à chaud - Usure à chaud. 34Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  35. 35. Tapure Défaut grave prenant la forme dune fissure débouchante ou incluse.-Dans les alliages, lapparition de tapures est presque toujours liée à un processusdéchauffement ou de refroidissement.-Les contraintes thermiques très élevées qui accompagnent un réchauffement brutal ou unrefroidissement trop rapide ne peuvent être atténuées que par déformation plastique dumétal.-Si les caractéristiques mécaniques du métal ne se prêtent pas à une telle déformation, destapures apparaissent. Par exemple, un acier dur tapera plus facilement quun acier doux.- Lorsquil y a des inclusions, cest généralement sur elles que samorcent les tapures.-Tapures majeures intéressent une partie importante de la pièce tapée. Elles rendentinutilisables les produits où elles apparaissent.-Tapures mineures n’ont quune incidence locale. Elles accroissent la fragilité des pièces.-Les tapures de trempe constituent un cas particulier très important des tapures derefroidissement. Elles sont évitées par des opérations de chauffage et de refroidissementaccompagnant la trempe. Alain LE DOUARON 35 Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  36. 36. Tapure - exempleExamen métallographique sur une lame de couteau en acier damas sandwichprésentant un défaut en long sur toute sa longueur.La micrographie x 40 après légère attaque au Nital ( acide nitrique dilué à 3% dans delalcool éthylique ) fait apparaître les différentes couches à partir du bord de la lame.Par contre le tranchant rapporté na pas réagi à lattaque, en revanche il présente surtoute sa longueur un défaut de type tapure de trempe. Tapures: "Défaut provenant d’un mode de refroidissement mal adapté à la forme de la pièce ou à la nuance de l’acier." Dans ce cas de figure il ny avait pas eu de normalisation ni de recuit avant la trempe. On vois bien ici que ce nest pas une mauvaise soudure du damas mais bien lacier du centre qui a été "déchiré" par les tensions internes... La conclusion: Toujours faire des normalisations et un bon recuit, et ces défauts ne devraient plus apparaitre. 36 Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  37. 37. glossaire Allotropique (transformation allotropique) : Transformation au chauffage ou au refroidissement dune variété cristalline dun métal ou alliage en une autre variété cristalline. Par exemple, le fer alpha cubique centré se transforme en fer gamma cubique à faces centrées lors dun chauffage à 912°C.A1 : Température de transformation des alliages fer-carbone répondant aux critères suivants : -cest la température à partir de laquelle lausténite commence à apparaître au cours dunéchauffement très lent, - cest la température à partir de laquelle lausténite disparaît totalementau cours dun refroidissement très lent.A3 : Température de transformation des alliages fer-carbone hypoeutectoides (jusquà 0,77%C)répondant aux critères suivants : - cest la température à partir de laquelle la structure est totalementausténitique au cours dun échauffement très lent, - cest la température à partir de laquelle lausténitecommence à se transformer en ferrite au cours dun refroidissement très lent.Ac (Ac1, Ac3) : Températures de transformation des alliages fer-carbone avec un échauffementsuffisamment rapide pour ne pas respecter les températures déquilibre. Ce terme est utilisé pour indiquerque la température de transformation augmente avec la vitesse de chauffage (Ac1>A1 et Ac3>A3).Ar : Ar définit les températures de transformation des alliages fer-carbone avec un refroidissementsuffisamment rapide pour ne pas respecter les températures déquilibre. Ce terme est utilisé pourindiquer quil y a une diminution de la température de transformation avec la vitesse derefroidissement (Ar1<a3).<="" p="">Acm : Température matérialisant la solubilité maximale du carbone dans lausténite des alliages fer-carbone. Acm existe uniquement pour les alliages hypereutectoides (entre 0,77 et environ 2%C) etrépond aux critères suivants : cest la température à partir de laquelle la structure est totalementausténitique au cours dun échauffement très lent ; cest la température à partir de laquelle ilapparait de la cémentite dans lausténite au cours dun refroidissement très lent. 37Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013
  38. 38. glossaire Le fluage est le phénomène qui provoque la déformation irréversible d’un matériau soumis à une contrainte constante, inférieure à la limite d’élasticité du matériau, pendant une durée suffisante.La ténacité est la capacité d’un matériau à résister à la propagation d’unefissure; cela s’oppose à la fragilité. Plus précisément, on définit la ténacité commeétant la quantité d’énergie qu’un matériau peut absorber avant de casser.Les matériaux pouvant se déformer plastiquement ont donc une plus grandeténacité que les matériaux à déformation uniquement élastique comme le verre.La ductilité désigne la capacité d’un matériau à se déformer plastiquementsans se rompre. La rupture se fait lorsqu’un défaut (fissure ou cavité), induit parla déformation plastique, devient critique et se propage.La ductilité est donc l’aptitude qu’a un matériau à résister à cette propagation.S’il y résiste, il est dit ductile, sinon il est dit fragile. 38Sidérurgie - Classification des aciers - Fathi CHTIOUI - 2013

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