CN113234972A - 一种铝合金建筑模板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝合金建筑模板,其主要由以下质量百分比的成分组成:Si 0.4‑1.0%,Mg 0.8‑1.3%,Cu 0.05‑0.2%,Mn 0.001‑0.15%,Fe 0.2‑0.7%,Zn≤0.25%,Cr 0.001‑0.1%,Ti 0.03‑0.15%,余量为Al和不可避免的杂质,所述不可避免杂质的含量≤0.15%。相应的,本发明还公开了上述铝合金建筑模板的制备方法。本发明中铝合金建筑模板的力学性能优良,且挤压速度可达到8‑10m/min,生产效率高。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域,尤其涉及一种铝合金建筑模板及其制备方法。
背景技术
随着我国城市化的快速发展,建筑模板作为高层与超高层建筑的必不可少的施工材料和重要机具,对其使用寿命、质量与安全保证、材料回收利用等提出了更高的要求,而具有一系列优异特性的轻量化铝材作为理想的“绿色建筑”材料越来越受到建筑业的青睐,大有以铝代木、以铝代塑、以铝代钢的趋势,因而铝模板应运而生。铝模板应用较多的合金为6063、6061、6005及6082合金;其中应用最多的是6061合金模板,但6061合金模板料挤压速度低(≤5m/min),对于多空腔模板料还会出现内腔拖烂,表面毛刺问题,而且力学性能因淬透性不足而较低(可增大淬火冷却强度如穿水冷却提高淬透性,但会导致模板料大幅弯曲变形,无法满足加工及装配要求),对于这种承载结构件而言,具有足够高的强度才有更大的安全与质量保证。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于,提供一种铝合金建筑模板,其具有良好的力学性能,且挤压效率高。
本发明还要解决的技术问题在于,提供一种铝合金建筑模板的制备方法。
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种铝合金建筑模板,其主要由以下质量百分比的成分组成:
Si 0.4-1.0%,Mg 0.8-1.3%,Cu 0.05-0.2%,Mn 0.001-0.15%,Fe 0.2-0.7%,Zn≤0.25%,Cr 0.001-0.1%,Ti 0.03-0.15%,余量为Al和不可避免的杂质,所述不可避免杂质的含量≤0.15%。
作为上述技术方案的改进,Mg/Si=1.0-1.5,且铝合金建筑模板成品中Mg2Si相的含量为1.3-1.7wt%。
作为上述技术方案的改进,铝合金模板成品中,所述Si以Mg2Si相和过剩硅的形态存在,所述Mn、Cr、Fe的总含量:过剩硅的含量=1.3-2.5。
作为上述技术方案的改进,所述铝合金建筑模板的抗拉强度为300-330MPa,屈服强度为275-295MPa,延伸率为10-15%。
相应的,本发明还公开了一种上述的铝合金建筑模板的制备方法,其包括:
(1)按照比例准备各种原料备用;其中,以重量百分比计的原料配方如下:
Si 0.4-1.0%,Mg 0.8-1.3%,Cu 0.05-0.2%,Mn 0.001-0.15%,Fe 0.2-0.7%,Zn≤0.25%,Cr 0.001-0.1%,Ti 0.03-0.15%,余量为Al和不可避免的杂质,所述不可避免杂质的含量≤0.15%;
(2)将原料混合熔铸后得到铸棒;
(3)将所述铸棒进行均质处理;
(4)将均质后的铸棒挤压,得到建筑模板粗坯;
(5)将所述建筑模板粗坯进行调直处理;
(6)将调直后的建筑模板粗坯进行时效处理,即得铝合金建筑模板成品。
作为上述技术方案的改进,步骤(3)中,均质温度为560-580℃,均质时间为4-7h;均质后采用强风冷却和/或水雾冷却。
作为上述技术方案的改进,步骤(4)中,挤压模具的温度为450-470℃,挤压筒温度为400-440℃,挤压前铸棒温度为480-500℃,挤压后建筑模板粗坯温度为520-560℃。
作为上述技术方案的改进,挤压速度为8-10m/min,挤压后在线强风冷却。
作为上述技术方案的改进,步骤(5)中,调直拉伸量为0.5-1.5%。
作为上述技术方案的改进,步骤(6)中,时效温度为180-190℃,时效时间为4-6h。
实施本发明,具有如下有益效果:
1.本发明的铝合金建筑模板,通过合理的配方调节,降低了铝合金淬火敏感性,提升了其淬透性;并配以熔炼铸造、均质、挤压、调直、时效等手段,使得铝合金建筑模板保持了较高的固溶度,从而赋予了其优良的力学性能。具体的,本发明的铝合金建筑模板的抗拉强度为300-330MPa,屈服强度为275-295MPa,延伸率为10-15%,可替代铝合金建筑模板中常用的6061合金和6082合金。
2.本发明的铝合金建筑模板的挤压速度可达到8~10m/min,较普通铝模板提升了一倍以上,有效提升了生产效率。
3.本发明通过配方的合理调节,保证了有空腔的建筑模板型材的焊合质量,使得采用高速挤压工艺时仍然具有良好的焊合质量;且高速挤压过程中也不会出现毛刺、纹粗和拖烂现象等缺陷。
4.本发明中均质时间、时效时间短,生产效率高。
5.本发明合金含有较高的Fe含量,也极大地便于回收利用,降低回收成本。
附图说明
图1是本发明一种铝合金建筑模板的制备方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明,本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词,仅以本发明的附图为基准,其并不是对本发明的具体限定。
本发明提供了一种铝合金建筑模板,其主要由以下质量百分比的成分组成:Si0.4-1.0%,Mg 0.8-1.3%,Cu 0.05-0.2%,Mn 0.001-0.15%,Fe 0.2-0.7%,Zn≤0.25%,Cr 0.001-0.1%,Ti 0.03-0.15%,余量为Al和不可避免的杂质,所述不可避免杂质的含量≤0.15%。
其中,Si、Mg是主要的强化元素,其可结合形成Mg2Si相,优化铝合金的各项力学性能。Si的含量为0.4-1.0wt%,示例性的为0.5wt%、0.7wt%、0.85wt%或0.9wt%,但不限于此。Mg的含量为0.8-1.3wt%,示例性的为0.9wt%、1.1wt%、1.2wt%或1.25wt%,但不限于此。
优选的,在本发明中,控制Mg/Si=1~1.5;通过控制镁硅比,可使得Si以过剩硅和Mg2Si相的形式存在,一方面可提高Mg2Si的过饱和度,提高时效出强化能力;另一方面增加时效期间GP区的密度,以缩短峰时效时间。
优选的,在本发明中,铝合金成品中Mg2Si相的含量为1.3~1.7wt%。当其含量<1.3wt%时,时效强化作用差,力学性能不足;当其含量>1.7wt%时,过量的Mg2Si会沿着晶界析出,产生明显的晶间腐蚀倾向。
其中,Cu具有一定的强化作用,但其也会增加淬火敏感性。为此,控制其含量为0.05~0.2wt%;示例性的可为0.07wt%、0.1wt%、0.13wt%或0.18wt%,但不限于此。此含量范围的Cu一方面具有强化作用,另一方面也使得合金具有合理的淬火敏感性,即可通过较低的冷却强度即可淬透。
其中,Fe可降低铸造时热裂纹倾向,但其会大幅弱化挤压性能,容易引起产品表面纹粗、毛刺甚至拖烂缺陷。为此,控制Fe含量为0.2-0.7wt%,示例性的为0.3wt%、0.45wt%、0.5wt或0.6wt%,但不限于此。
Mn、Cr会提高再结晶温度,抑制再结晶,但也会降低挤压性能,容易引起产品表面纹粗、毛刺甚至拖烂缺陷。因此,本发明中,控制Mn含量为0.001~0.15wt%,Cr含量为0.001~0.1wt%。
进一步的,为了保证铝合金具备合理的挤压性能,应控制(Mn+Cr+Fe)/过剩硅=1.3~2.5。其中,过剩硅为全部Mg与Si形成Mg2Si相后所剩余的Si。
其中,Ti可促使铸锭组织细化,形成细小均匀的等轴晶,从而改善挤出性能。具体的,Ti的含量为0.03-0.15%,示例性的为0.05wt%、0.09wt%、0.1wt%、0.12wt%,但不限于此。
相应的,为了有效提升本发明中铝合金建筑模板的各项性能,还需要结合生产工艺,具体如下:
参照图1,本发明中铝合金建筑模板的制备方法包括以下步骤:
S1:按照比例准备各种原料备用;
具体的,本发明中的原料包括但不限于:回炉料、纯铝锭、Al-20%Mn中间合金、Al-20%Cr中间合金、Al-50%Cu中间合金、高纯镁、高纯硅、铝钛硼丝(控制各原料中的Fe含量即可,一般无需专门添加Fe元素,除非有必要可适当添加Fe)。
S2:将原料混合熔铸后得到铝铸棒;
具体的,S2包括:
S21:将原料混合熔炼,并扒渣,得到第一合金液;
具体的,先将铝锭加入熔炼炉中,熔炼温度控制在720℃-750℃,待铝锭完全熔化后加入回炉料(回炉料<30%),按金属熔化难易程度依次添加合金原料,顺序按照高纯硅、Al-50%Cu中间合金、Al-20%Mn中间合金、Al-20%Cr中间合金,最后加入高纯镁,由于镁易烧损,因而在成分设计中应考虑7%的烧损量,每一种成分添加时都启动底置式电磁搅拌装置进行搅拌,使成分、温度均匀,搅拌时间为10-15min。
其中,扒渣处理分为一次扒渣和二次扒渣,一次扒渣在加Mg之前,二次扒渣在加Mg之后,扒渣温度控制在720-750℃,使用扒渣车进行扒渣,扒渣前需向铝液中撒入打渣剂,使渣铝能完全分离,用铁耙扒掉铝液表面的浮渣和其他杂质,并保证尽可能少带走铝液。
S21:将第一合金液进行精炼静置,得到第二合金液;
具体的,精炼温度710-730℃,精炼时间15-20min,精炼过程中通入高纯氩气。精炼后静置0.5~1h。
S23:将第二合金液进行铸造,得到铸棒;
具体的,采用DC铸造方法进行铸造,铸造过程中利用喂丝机均匀投放铝钛硼丝,以细化晶粒;同时使用在线除气、过滤净化装置,以得到纯净、杂质少的熔液。铸造过程中控制铸造速度为35-55mm/min,铸造温度为690-710℃。
S3:将铸棒进行均质处理;
具体的,均质温度为560-580℃,示例性的为562℃、568℃、570℃或575℃,但不限于此。均质时间为4-7h,示例性的为4.5h、5h、6h或6.5h,但不限于此。均质后采用强风+水雾冷却,以消除晶内偏析及铸造应力,获得组织均匀的铸棒。
S4:将均质后的铸棒挤压,得到建筑模板粗坯;
具体的,在挤压过程中,挤压模具的温度为450-470℃,挤压筒温度为400-440℃,挤压前铸棒温度为480-500℃,挤压后建筑模板粗坯温度为520-560℃。挤压速度为8-10m/min,需要说明的是,受限于合金成分,传统的6061铝模板、6082铝模板的挤压速度仅为3.5-4.0m/min。
挤压后在线强风冷却,通过强风冷却可保证后续时效力学性能,具有更高的淬透性。
S5:将建筑模板粗坯进行调直处理;
具体的,在冷床上的对建筑模板粗坯进行调直处理,通过调直处理可有效消除残余应力。具体的,调直过程中,拉伸量为0.5~1.5%,示例性的为0.6%、0.8%、1.1%或1.3%,但不限于此。
S6:将调直后的建筑模板粗坯进行时效处理,即得铝合金建筑模板成品。
具体的,先将调直后的建筑模板粗坯锯切成所需尺寸,然后进行时效处理。
其中,时效温度为180-190℃,示例性的为182℃、184℃、188℃或189℃,但不限于此。时效时间为4-6h,示例性的为4.2h、4.7h、5h或5.5h,但不限于此。本发明的铝合金建筑模板所需的时效时间较短,生产效率高。
综上,通过上述配方与工艺的综合调节,可得到抗拉强度为300-330MPa,屈服强度为275-295MPa,延伸率为10-15%的铝合金建筑模板。
下面以具体实施例进一步说明本发明:
实施例1
本实施例提供一种铝合金建筑模板,其配方为:
Si 0.9%,Mg 0.8%,Cu 0.15%,Mn 0.005%,Fe 0.6%,Zn 0.2%,Cr 0.04%,Ti0.13%,不可避免杂质0.1%,余量为Al。
其制备方法为:
(1)按照比例准备各种原料备用;
(2)将原料混合熔铸后得到铸棒;
(3)将所述铸棒进行均质处理;其中,均质温度为570℃,时间为6h;均质后强风冷却;
(4)将均质后的铸棒挤压,得到建筑模板粗坯;其中,挤压速度为9.5m/min,挤压模具的温度为450℃,挤压筒温度为420℃,挤压前铸棒的温度为500℃,挤压后建筑模板粗坯的温度为540℃,挤压后在线强风冷却;
(5)将所述建筑模板粗坯进行调直处理,调直量为1.1%;
(6)将调直后的建筑模板粗坯进行时效处理,即得铝合金建筑模板成品。
其中,时效制度为190℃×6h。
实施例2
本实施例提供一种铝合金建筑模板,其配方为:
Si 0.8%,Mg 1.1%,Cu 0.2%,Mn 0.1%,Fe 0.4%,Zn 0.05%,Cr 0.1%,Ti0.05%,不可避免杂质0.15%,余量为Al。
其制备方法为:
(1)按照比例准备各种原料备用;
(2)将原料混合熔铸后得到铸棒;
(3)将所述铸棒进行均质处理;其中,均质温度为575℃,时间为6h;均质后强风冷却+水雾冷却;
(4)将均质后的铸棒挤压,得到建筑模板粗坯;其中,挤压速度为8m/min,挤压模具的温度为460℃,挤压筒温度为430℃,挤压前铸棒的温度为480℃,挤压后建筑模板粗坯的温度为550℃,挤压后在线强风冷却;
(5)将所述建筑模板粗坯进行调直处理,调直量为0.8%;
(6)将调直后的建筑模板粗坯进行时效处理,即得铝合金建筑模板成品。
其中,时效制度为185℃×6h。
实施例3
本实施例提供一种铝合金建筑模板,其配方为:
Si 0.6%,Mg 0.85%,Cu 0.15%,Mn 0.08%,Fe 0.22%,Zn 0.15%,Cr 0.03%,Ti 0.08%,不可避免杂质0.15%,余量为Al。
其制备方法为:
(1)按照比例准备各种原料备用;
(2)将原料混合熔铸后得到铸棒;
(3)将所述铸棒进行均质处理;其中,均质温度为580℃,时间为5h;均质后强风冷却+水雾冷却;
(4)将均质后的铸棒挤压,得到建筑模板粗坯;其中,挤压速度为8.2m/min,挤压模具的温度为460℃,挤压筒温度为440℃,挤压前铸棒的温度为500℃,挤压后建筑模板粗坯的温度为560℃,挤压后在线强风冷却;
(5)将所述建筑模板粗坯进行调直处理,调直量为1.4%;
(6)将调直后的建筑模板粗坯进行时效处理,即得铝合金建筑模板成品。
其中,时效制度为185℃×4h。
实施例4
本实施例提供一种铝合金建筑模板,其配方为:
Si 0.65%,Mg 0.9%,Cu 0.1%,Mn 0.05%,Fe 0.2%,Zn 0.02%,Cr 0.05%,Ti0.05%,不可避免杂质0.12%,余量为Al。
其制备方法为:
(1)按照比例准备各种原料备用;
(2)将原料混合熔铸后得到铸棒;
(3)将所述铸棒进行均质处理;其中,均质温度为560℃,时间为5h;均质后强风冷却+水雾冷却;
(4)将均质后的铸棒挤压,得到建筑模板粗坯;其中,挤压速度为9m/min,挤压模具的温度为470℃,挤压筒温度为440℃,挤压前铸棒的温度为480℃,挤压后建筑模板粗坯的温度为550℃,挤压后在线强风冷却;
(5)将所述建筑模板粗坯进行调直处理,调直量为0.7%;
(6)将调直后的建筑模板粗坯进行时效处理,即得铝合金建筑模板成品。
其中,时效制度为185℃×4h。
实施例5
本实施例提供一种铝合金建筑模板,其配方为:
Si 0.75%,Mg 1.0%,Cu 0.1%,Mn 0.01%,Fe 0.25%,Zn 0.04%,Cr 0.02%,Ti 0.06%,不可避免杂质0.1%,余量为Al。
其制备方法为:
(1)按照比例准备各种原料备用;
(2)将原料混合熔铸后得到铸棒;
(3)将所述铸棒进行均质处理;其中,均质温度为580℃,时间为5h;均质后强风冷却+水雾冷却;
(4)将均质后的铸棒挤压,得到建筑模板粗坯;其中,挤压速度为9.8m/min,挤压模具的温度为460℃,挤压筒温度为440℃,挤压前铸棒的温度为490℃,挤压后建筑模板粗坯的温度为550℃,挤压后在线强风冷却;
(5)将所述建筑模板粗坯进行调直处理,调直量为1.0%;
(6)将调直后的建筑模板粗坯进行时效处理,即得铝合金建筑模板成品。
其中,时效制度为180℃×4h。
实施例6
本实施例提供一种铝合金建筑模板,其配方为:
Si 0.7%,Mg 0.85%,Cu 0.18%,Mn 0.01%,Fe 0.25%,Zn 0.05%,Cr 0.01%,Ti 0.08%,不可避免杂质0.2%,余量为Al。
其制备方法为:
(1)按照比例准备各种原料备用;
(2)将原料混合熔铸后得到铸棒;
(3)将所述铸棒进行均质处理;其中,均质温度为580℃,时间为5h;均质后强风冷却+水雾冷却;
(4)将均质后的铸棒挤压,得到建筑模板粗坯;其中,挤压速度为9.5m/min,挤压模具的温度为470℃,挤压筒温度为440℃,挤压前铸棒的温度为490℃,挤压后建筑模板粗坯的温度为560℃,挤压后在线强风冷却;
(5)将所述建筑模板粗坯进行调直处理,调直量为1.0%;
(6)将调直后的建筑模板粗坯进行时效处理,即得铝合金建筑模板成品。
其中,时效制度为180℃×5h。
对比例1
本对比例提供一种铝合金建筑模板,其配方为:
Si 0.9%,Mg 1.5%,Cu 0.1%,Mn 0.05%,Fe 0.1%,Zn 0.3%,Cr 0.05%,Ti0.1%,不可避免杂质0.1%,余量为Al。
其制备方法为:
(1)按照比例准备各种原料备用;
(2)将原料混合熔铸后得到铸棒;
(3)将所述铸棒进行均质处理;其中,均质温度为580℃,时间为7h;均质后强风冷却+水雾冷却;
(4)将均质后的铸棒挤压,得到建筑模板粗坯;其中,挤压速度为4m/min,挤压模具的温度为470℃,挤压筒温度为440℃,挤压前铸棒的温度为490℃,挤压后建筑模板粗坯的温度为560℃,挤压后在线强风冷却;
(5)将所述建筑模板粗坯进行调直处理,调直量为0.3%;
(6)将调直后的建筑模板粗坯进行时效处理,即得铝合金建筑模板成品。
其中,时效制度为185℃×9h。
对比例2
本对比例提供一种铝合金建筑模板,其配方为:
Si 0.9%,Mg 0.7%,Cu 0.5%,Mn 0.18%,Fe 0.5%,Zn 0.3%,Cr 0.07%,Ti0.1%,不可避免杂质0.15%,余量为Al。
其制备方法为:
(1)按照比例准备各种原料备用;
(2)将原料混合熔铸后得到铸棒;
(3)将所述铸棒进行均质处理;其中,均质温度为570℃,时间为8h;均质后强风冷却+水雾冷却;
(4)将均质后的铸棒挤压,得到建筑模板粗坯;其中,挤压速度为4.5m/min,挤压模具的温度为460℃,挤压筒温度为450℃,挤压前铸棒的温度为490℃,挤压后建筑模板粗坯的温度为570℃,挤压后在线强风冷却;
(5)将所述建筑模板粗坯进行调直处理,调直量为0.53%;
(6)将调直后的建筑模板粗坯进行时效处理,即得铝合金建筑模板成品。
其中,时效制度为190℃×9h。
对比例3
本对比例提供一种铝合金建筑模板,其配方为:
Si 0.9%,Mg 0.7%,Cu 0.5%,Mn 0.18%,Fe 0.5%,Zn 0.3%,Cr 0.07%,Ti0.1%,不可避免杂质0.15%,余量为Al。
其制备方法为:
(1)按照比例准备各种原料备用;
(2)将原料混合熔铸后得到铸棒;
(3)将所述铸棒进行均质处理;其中,均质温度为580℃,时间为5h;均质后强风冷却+水雾冷却;
(4)将均质后的铸棒挤压,得到建筑模板粗坯;其中,挤压速度为9.8m/min,挤压模具的温度为460℃,挤压筒温度为440℃,挤压前铸棒的温度为490℃,挤压后建筑模板粗坯的温度为550℃,挤压后在线强风冷却;
(5)将所述建筑模板粗坯进行调直处理,调直量为1.0%;
(6)将调直后的建筑模板粗坯进行时效处理,即得铝合金建筑模板成品。
其中,时效制度为180℃×4h。
将实施例1-6、对比例1-3的铝合金建筑模板做测试,结果如下:
以上所述是发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种铝合金建筑模板,其特征在于,其主要由以下质量百分比的成分组成:Si 0.4-1.0%,Mg 0.8-1.3%,Cu 0.05-0.2%,Mn 0.001-0.15%,Fe 0.2-0.7%,Zn≤0.25%,Cr0.001-0.1%,Ti 0.03-0.15%,余量为Al和不可避免的杂质,所述不可避免杂质的含量≤0.15%。
2.如权利要求1所述的铝合金建筑模板,其特征在于,Mg/Si=1.0-1.5,且铝合金建筑模板成品中Mg2Si相含量为1.3-1.7wt%。
3.如权利要求1所述的铝合金建筑模板,其特征在于,铝合金模板成品中,所述Si以Mg2Si相和过剩硅的形态存在,所述Mn、Cr、Fe的总含量:过剩硅的含量=1.3-2.5。
4.如权利要求1-3任一项所述的铝合金建筑模板,其特征在于,所述铝合金建筑模板的抗拉强度为300-330MPa,屈服强度为275-295MPa,延伸率为10-15%。
5.如权利要求1-4任一项所述的铝合金建筑模板的制备方法,其特征在于,包括:
(1)按照比例准备各种原料备用;其中,以重量百分比计的原料配方如下:
Si 0.4-1.0%,Mg 0.8-1.3%,Cu 0.05-0.2%,Mn 0.001-0.15%,Fe 0.2-0.7%,Zn≤0.25%,Cr 0.001-0.1%,Ti 0.03-0.15%,余量为Al和不可避免的杂质,所述不可避免杂质的含量≤0.15%;
(2)将原料混合熔铸后得到铸棒;
(3)将所述铸棒进行均质处理;
(4)将均质后的铸棒挤压,得到建筑模板粗坯;
(5)将所述建筑模板粗坯进行调直处理;
(6)将调直后的建筑模板粗坯进行时效处理,即得铝合金建筑模板成品。
6.如权利要求5所述的铝合金建筑模板的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,均质温度为560-580℃,均质时间为4-7h;均质后采用强风冷却和/或水雾冷却。
7.如权利要求5所述的铝合金建筑模板的制备方法,其特征在于,步骤(4)中,挤压模具的温度为450-470℃,挤压筒温度为400-440℃,挤压前铸棒温度为480-500℃,挤压后建筑模板粗坯温度为520-560℃。
8.如权利要求7所述的铝合金建筑模板的制备方法,其特征在于,挤压速度为8-10m/min,挤压后在线强风冷却。
9.如权利要求5所述的铝合金建筑模板的制备方法,其特征在于,步骤(5)中,调直拉伸量为0.5-1.5%。
10.如权利要求5所述的铝合金建筑模板的制备方法,其特征在于,步骤(6)中,时效温度为180-190℃,时效时间为4-6h。
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