DE1558485C - Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung eines Strangpreßteiles aus einer Legierung auf Magnesiumbasis - Google Patents
Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung eines Strangpreßteiles aus einer Legierung auf MagnesiumbasisInfo
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Description
2. Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung eines Strangpreßteils aus einer Legierung
auf Magnesiumbasis, dadurch gekennzeichnet, daß
(1) eine erste Charge von Kügelchen einer Legierung auf Magnesiumbasis, die Zirkonium ent-
-hält, mit feinverteiltem Aluminium überzogen,
(2) die überzogenen Kügelchen mit 10 bis 90%, bezogen auf das. Gewicht der Gesamtmischung,
einer zweiten Charge von Kügelchen einer Legierung auf Magnesiumbasis, die wenigstens
ein Element der aus Calcium, Seltenen Erdmetallen und Thorium bestehenden Gruppe
enthält, gemischt,
(3) die Mischung der Kügelchen bei einer Temperatur von wenigstens 26O0C gepreßt,
(4) der Preßkörper bei einer Temperatur von 340 bis 4800C während 1 Stunde bis zu 4 Tagen
zwecks Diffusion des Aluminiums in die Zirkonium enthaltenden Bereiche erhitzt und
(5) der Preßkörper bei einer Temperatur von 260 bis 425 0C mit einem Verhältnis von wenigstens
5:1 stranggepreßt wird, wobei das Strangpreßteil aus 0,1 bis 0,8 Zirkonium, 0,1
bis 5% Aluminium, bis zu 1,5% Zink, wenigstens einem Element der aus 0,08 bis 0,5% Calcium, 0,1 bis 2,5% Seltenen Erdmetallen
und 0,1 bis 4% Thorium bestehenden Gruppe, Rest Magnesium mit den üblichen Verunreinigungen besteht.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung eines Strangpreßteils aus
einer Legierung auf Magnesiumbasis.
In dem Bemühen, Strangpreßteile aus einer Legierung auf Magnesiumbasis mit einer feinen Korngröße
und verbesserten mechanischen Eigenschaften herzustellen, sind Aluminium und Zirkonium enthaltende
Legierungen auf Magnesiumbasis durch Mischen einer Legierung auf Magnesiumbasis in Form von Kügelchen
mit einer feinverteilten oder in Kügelchen geformten Aluminium- oder Magnesium-Aluminium-Legierung
und Strangpressen der Mischung hergestellt
ίο worden. Diese pulvermetallurgisch hergestellten Strangpreßteile
weisen, auch wenn sie bei hohen Temperaturen erzeugt werden, eine äußerst feine Korngröße
und außergewöhnliche Festigkeitseigenschaften z. B. hinsichtlich der Zugfestigkeit und der Quetschgrenze
auf. Solche Legierungen neigen jedoch, offenbar wegen ihrer feinkörnigen Beschaffenheit, zn einer geringen
Kriechfestigkeit sogar bei Raumtemperatur. Wenn man andererseits versucht, bei solchen Legierungen
die Korngröße zu erhöhen, z. B. durch Wärmebehandlung des Strangpreßteils oder durch Verminderung des
Zirkoniumgehalts, nimmt die statische Festigkeit der Legierung merklich ab, obwohl die Kriechfestigkeit
verbessert wird.
Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Legierungen zu überwinden und ein Verfahren zur
pulvermetallurgischen Herstellung verbesserter Strangpreßteile aus einer Legierung auf Magnesiumbasis zur
Verfügung zu stellen, die erwünschte Kriecheigenschaften aufweisen, während gleichzeitig die statischen
Festigkeitseigenschaften erhalten bleiben.
Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung durch ein Verfahren erreicht, das dadurch gekennzeichnet ist,
daß (1) Kügelchen einer Legierung auf Magnesiumbasis, die Zirkonium enthält, mit feinteiligem AIuminium
überzogen und (2) die überzogenen Kügelchen bei einer Temperatur von 260 bis 4250C gepreßt
werden, (3) der Preßkörper bei einer Temperatur von 340 bis 48O0C während 1 Stunde bis zu 4 Tagen
zwecks Diffusion des Aluminiums in die Matrix erhitzt, (4) der Preßkörper pulverisiert, (5) das Metallpulver
mit 10 bis 90% der Kügelchen aus einer Legierung auf Magnesiumbasis, die wenigstens ein
Element der aus Calcium, Seltenen Erdmetallen oder Thorium bestehenden Gruppe enthält, gemischt und
(6) die Pulvermischung bei einer Temperatur von wenigstens 260°C und mit dem zur Bildung eines
zusammenhängenden Strangpreßteils erforderlichen Druck stranggepreßt wird, wobei das Strangpreßteil
aus 0,1 bis 0,8% Zirkonium, 0,1 bis 5% Aluminium, bis zu 1,5% Zink und wenigstens einem Element der
aus 0,08 bis 0,5 % Calcium* 0,1 bis 2,5 % Seltenen Erdmetallen
und 0,1 bis 4 % Thorium bestehenden Gruppe, Rest Magnesium mit den üblichen Verunreinigungen
besteht.
Das nach diesem Verfahren hergestellte Strangpreßteil besteht also aus einer zu Kügelchen geformten
Legierung mit einem dichten heterogenen Mikrogefüge und ist durch die Anwesenheit von ersten und
zweiten sehr kleinen Zonen, die innig und gegenseitig durchsetzt sind, ausgezeichnet. Jede der ersten Zonen
besteht aus einer Legierung auf Magnesiumbasis, die intermetallische Zirkonium - Aluminium - Verbindungen)
enthält und bedeutende statische Festigkeitseigenschaften aufweist; jede der zweiten Zonen besteht
aus einer Legierung auf Magnesiumbasis, die wenigstens ein Element der aus Calcium, Seltenen Erdmetallen
und Thorium bestehenden Gruppe enthält und gute Kriechfestigkeitseigenschaften aufweist. Das dichte
heterogene Mikrogefüge kommt dadurch zustande, daß das Metall durch das Strangpressen praktisch auf
die Dichte einer Gußlegierung verdichtet wird, aber diese äußerst kleine heterogene Legierungszonen aufweist.
'■'! ·
Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Seltene Erdmetall wird im allgemeinen entweder
als eine im Handel erhältliche Mischung von Seltenen Erdmetallen, die als Cermischmetall bekannt
ist, oder als eine binäre Mischung von Neodym und Praseodym, die als Didym bekannt ist, eingesetzt.
Infolge des Strangpreßvorgangs entsteht im Halbzeug ein Mikrogefüge mit zeilenförmiger Anordnung
der Teilchen der beiden Legierungen, wodurch eine gute Kriechfestigkeit erzielt wird. Die Legierung mit
großer statischer Festigkeit macht 10 bis 90%, vorzugsweise 50 bis TS0I0, der Zusammensetzung aus,
während die Legierung mit hoher Kriechfestigkeit den Rest bildet. Die einzelnen »Zeilen« aus der Legierung
mit guter Kriechfestigkeit werden von der Legierung mit großer statischer Festigkeit umhüllt, können aber
auch Seite an Seite mit den »Zeilen« aus der Legierung J mit großer statischer Festigkeit angeordnet sein.
Im einzelnen kann das erfindungsgemäße Verfahren folgendermaßen ausgeführt werden: Feinste Kugelchen
der Legierung auf Magnesiumbasis, die Zirkonium und gewünschtenfalls bis zu etwa 1,5 °/0 Zink
enthält, werden mit 0,1 bis 5% pulverförmigen Aluminium, bezogen auf das Gewicht der Kügelchen,
durch gemeinsames Durcheinanderstürzen überzogen. Gewünschtenfalls ist das Aluminium schüppchenförmig,
z. B. in der Qualität von Aluminiumbronze, Es ist vorteilhaft, die Kügelchen vorher mit etwa
1 % einer Flüssigkeit, wie Äthylenglykol, zu benetzen.
Die mit Aluminium überzogenen Legierungskügelchen werden erforderlichenfalls getrocknet und nach
einer Erwärmung auf 260 bis 425° C zu einer dichten zusammenhängenden Masse gepreßt. Der Preßkörper
wird auf eine Temperatur von 340 bis 480°C erhitzt. Die Erhitzungsdauer variiert von 1 Stunde bei 480° C
bis zu 4 Tagen bei 340°C. Im allgemeinen sind 4 bis 48 Stunden bei einer Temperatur von 400 bis 425 0C
h geeignet. Der Preßkörper kann auch einer Wärme- * behandlung in zwei Stufen unterworfen werden,
nämlich 16 Stunden bei 4150C und anschließend
2 Stunden bei 455° C. In jedem Falle ist es wichtig,
daß das Aluminium möglichst vollständig jedes der Kügelchen durchdringt und gut verteilte intermetallische
Verbindung(en) aus Aluminium-Zirkonium bildet.
Der wärmebehandelte Preßkörper wird zu Pulver eines mittleren Teilchendurchmessers von weniger als
840 μηι und eines größten Teilchendurchmessers von
4000 μηι zerkleinert. Das Metallpulver wird dann mit 10 bis 90%, vorteilhafter mit 25 bis 50%, bezogen
auf die endgültige Zusammensetzung, einer zweiten Legierung auf Magnesiumbasis gemischt, die im
wesentlichen wenigstens ein Element der aus 0,08 bis 0,5% Calcium, 0,1 bis 2,5% Seltenen Erdmetallen
und 0,1 bis 4% Thorium bestehenden Gruppe, Rest im wesentlichen Magnesium enthält. Diese zweite
Legierung enthält vorzugsweise 0,1 bis 0,8% Zirkonium, weil Zonen in dem endgültigen Strangpreßteil,
die Calcium, ein Seltenes Erdmetall oder Thorium enthalten und von Aluminium durchsetzt sind, keine
große statische Festigkeit aufweisen können, wenn nicht Zirkonium ebenfalls vorhanden ist.
Das zellenförmig aufgebaute Mikrogefüge des Strangpreßteils entsteht aus einer Mischung der feingepulverten
Metallteilchen und der feinen Kügelchen mit oder ohne Vorerhitzen auf etwa 285° G durph
Strangpressen der Mischung auf ein Verhältnis von wenigstens 5: 1, vorzugsweise von wenigstens 20: 1.
Das Strangpreßteil weist eine sehr erwünschte Verbindung von großer statischer Festigkeit und guter
Kriechbeständigkeit auf. Das Strangpreßteil ist auch durch Zonen großer statischer Festigkeit mit einem
mittleren Korndurchmesser von weniger als 5 μηι ausgezeichnet.
Nach einer Modifizierung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur pulvermetallurgischen Herstellung eines
Strangpreßteils aus einer Legierung auf Magnesiumbasis (1) wird eine erste Charge von Kügelchen einer
Legierung auf Magnesiumbasis, die Zirkonium enthält, mit feinverteiltem Aluminium überzogen, (2) werden
die überzogenen Kügelchen mit 10 bis 90%, bezogen auf das Gewicht, der Gesamtmischung, einer zweiten
Charge von Kügelchen einer Legierung auf Magnesiumbasis, die wenigstens ein Element der aus Calcium, Seltenen
Erdmetallen und Thorium bestehenden Gruppe enthält, gemischt, (3) wird die Mischung der Kügelchen
bei einer Temperatur von wenigstens 260°C gepreßt, (4) der Preßkörper bei einer Temperatur von 340 bis
480° C während 1 Stunde bis zu 4 Tagen zwecks Diffusion des Aluminiums in die Zirkonium enthaltenden
Bereiche erhitzt und (5) der Preßkörper bei einer Temperatur von 260 bis 425 0C mit einem Verhältnis
von wenigstens 5: 1 stranggepreßt, wobei das Strangpreßteil aus 0,1 bis 0,8% Zirkonium, 0,1 bis 5%
Aluminium, bis zu 1,5% Zink, wenigstens einem Element der aus 0,08 bis 0,5% Calcium, 0,1 bis 2,5%
Seltenen Erdmetallen und 0,1 bis 4 % Thorium bestehenden Gruppen, Rest Magnesium mit den üblichen
Verunreinigungen besteht. Die bevorzugte Erhitzungsdauer für die Stufe (4) kann entsprechend der Größe
der Kügelchen aus der Legie ung großer statischer Festigkeit im Vergleich zu der Größe der Kügelchen
aus der Legierung mit guter Kriechfestigkeit nach dem folgenden Gedankengang ermittelt werden.
Um das Ziel der Erfindung zu erreichen, ist es wesentlich, daß infolge der Wärmebehandlung das
Aluminium praktisch überall in die Legierung großer statischer Festigkeit eindringt. Es ist aber auch wesentlich,
daß das Aluminium sehr wenig in die Legierung mit guter Kriechfestigkeit eindringt. Es wurde nun
überraschenderweise gefunden, daß das Aluminium sehr langsam in eine Legierung auf Magnesiumbasis
diffundiert, die wenigstens ein Element der aus Calcium, Seltenen Erdmetallen oder Thorium bestehenden
Gruppe enthält, im Vergleich mit der Geschwindigkeit, mit der Aluminium in eine Legierung auf
Magnesiumbasis, die praktisch frei von diesen Metallen ist, aber Zirkonium enthält, diffundiert. Am besten
werden Kügelchen von den beiden Legierungen mit etwa dem gleichen mittleren Teilchendurchmesser
angewendet. Wegen der diesbezüglichen Geschwindigkeiten der Diffusion kann das Verfahren unter Anwendung
einer Legierung mit guter Kriechfestigkeit mit etwas geringeren mittleren Teilchendurchmesser
als die Kügelchen der Legierung mit großer statischer Festigkeit unter der Voraussetzung erfolgreich ausgeführt
werden, daß die Erhitzungsdauer genau eingestellt wird.
Die feinen Kügelchen aus der Legierung auf Magnesiumbasis, die durch Zerstäubung einer Schmelze
5 6
erhalten werden, besitzen eine regelmäßige Teilchen- dem Preßkörper nur partiell in praktisch jede der
größe; so hergestellte Kügelchen aus verschiedenen Legienmgszonen auf Magnesiumbasis, die den urLegierungen
haben im allgemeinen eine genügend sprünglichen Kügelchen entsprechen, diffundiert. Wähgleiche
Teilchengröße, so daß sie in befriedigender rend das Ausmaß der Diffunsion durch die Teilchen-Weise
gemeinsam angewendet werden können. Die 5 größen wie auch durch den verwendeten Anteil an
durch Zerstäubung mittels einer Rotationsscheibe Calcium, Seltenen Erdmetallen und Thorium reguliert
oder eines Rades erhaltenen Kügelchen einer Legie- wird, werden die anzuwendenden Temperaturen und
rung auf Magnesiumbasis neigen dazu-, einen schmale- Zeiten im allgemeinen durch Versuch und auftretende
ren Bereich von Teilchengrößen aufzuweisen, und Fehler ermittelt,
werden daher bevorzugt. io Durch das nachfolgende Beispiel wird die Erfindung
werden daher bevorzugt. io Durch das nachfolgende Beispiel wird die Erfindung
Um den erforderlichen Diffusions- oder Durch- noch ausführlicher erläutert,
dringungsgrad von Aluminium in jede der beiden
Typen von Legierungskügelchen, die in dem Preßkörper enthalten sind, zu gewährleisten, ist es ratsam, Beispiel
die wärmebehandelten Preßkörper, die in den Ver- 15
dringungsgrad von Aluminium in jede der beiden
Typen von Legierungskügelchen, die in dem Preßkörper enthalten sind, zu gewährleisten, ist es ratsam, Beispiel
die wärmebehandelten Preßkörper, die in den Ver- 15
Suchsfolgen hergestellt worden sind, in Abschnitte In einer ersten Versuchsreihe werden feinstgepulverte
zu teilen und die Preßkörper metallurgisch zu unter- Kügelchen einer Legierung auf Magnesiumbasis, die
suchen, um den Grand der stattgefundenen Durch- 0,45% Zirkonium und 1,2% Zink enthält, mit 1%
dringung zu ermitteln. Die geeignete Wärmebehand- Aluminiumschüppchen gemischt. Die Kügelchen wei-
lungsdauer kann dann für anschließende Versuche 20 sen einen Teilchendurchmesser von etwa 74 bis 840 μηι
ausgewählt werden. auf. Die größte Abmessung der Aluminiumschüpp-
Aus den gleichen Gründen, die oben bei der Be- chen ist kleiner als 44 μηι. Die Kügelchen und die
Schreibung der ersten Ausführungsform der Erfindung Aluminiumschüppchen werden miteinander etwa 5 Miangegeben
worden sind, ist es vorteilhaft, als den zwei- nuten heftig geschüttelt. 3 Teile der Mischung werden
ten Legierungstyp eine Legierung auf Magnesiumbasis 25 dann mit 1 Teil der feinstgepulverten Kügelchen der
anzuwenden, die Zirkonium zusätzlich zu wenigstens Legierung auf Magnesiumbasis, die 2% Didym und
einem Element der aus Calcium, Seltenen Erdmetallen 0,6% Zirkonium enthält, durch Schütteln in einem
oder Thorium bestehenden Gruppe enthält. großen Kessel während etwa 1 Minute gemischt.
Zur Wärmebehandlung wird der Preßkörper auf 0 Eine weitere Menge der mit Aluminium überzogenen
bis 55°C über die Rezipiententemperatur der Strang- 30 Kügelchen wird mit den gleichen Gewichtsteilen der
presse vorerhitzt, sodann in den Rezipienten einge- Kügelchen aus der Legierung aus Seltenen Erdmetallen
bracht und stranggepreßt. (Didym) gemischt. Ein Preßkörper von 75 mm
Nach noch einer weiteren Modifizierung des erfin- Durchmesser wird durch Zusammenpressen der Midungsgemäßen
Verfahrens zur pulvermetallurgischen schung unter einem Druck von etwa 11,5 t/cm2 bei
Herstellung eines Strangpreßteils aus einer Legierung 35 315°C gebildet. Der Preßkörper wird bei einer Temauf
Magnesiumbasis geht man so vor, daß (1) (a) Kugel- peratur von 415° C 16 Stunden lang wärmebehandelt,
chen aus einer Legierung auf Magnesiumbasis, die, Diese Preßkörper werden dann zu Streifen von
bezogen auf das Gewicht, aus 0,1 bis 0,8% Zir- 1,6 · 32 mm bei einer Temperatur von 340 bis 370° C
ko.nium, bis zu 1,5 % Zink, wenigstens einem Element mit einer Geschwindigkeit von 15 bis 24 m pro Minute
der aus 0,08 bis 0,5% Calcium, 0,1 bis 2,5% Seltenen 4° und mit einem Verhältnis von etwa 90:1 strang-Erdmetallen
und 0,1 bis 4% Thorium bestehenden gepreßt.
Gruppe, Rest Magnesium mit den üblichen Verun- Proben jedes Streifens werden untersucht, um die
reinigungen besteht, mit (b) 0,1 bis 5 % feinverteiltem Quetschgrenze und die prozentuale Kriechdehnung zu
Aluminium, bezogen auf das Gewicht der erhaltenen bestimmen. Die Ergebnisse dieser Versuche werden
Mischung, gemischt werden, (2) die Mischung bei 45 in der Tabelle wiedergegeben.
einer Temperatur in dem Bereich von 260 bis 4250C Zum Vergleich werden zusätzliche Versuche durchgepreßt
wird, (3) der Preßkörper bei einer Temperatur geführt. In dem ersten Vergleichsversuch wird eine
in dem Bereich von 340 bis 480° C in der zur partiellen Legierung auf Magnesiumbasis, die 0,45 % Zirkonium
Diffusion des Aluminiums in die Zonen aus der Legie- und 1,2% Zink enthält, in Form von feinstpulverirung
auf Magnesiumbasis, die den genannten Kugel- 50 sierten Kügelchen hergestellt, und die Kügelchen
chen entsprechen, erforderlichen Zeitspanne erhitzt werden mit 1% Aluminiumschüppchen durch gewird,
während ein wesentlicher Teil von jeder der meinsames Schütteln der Teilchen überzogen. Die so
genannten Zonen frei von einem Eindringen von überzogenen Kügelchen werden in der gleichen Weise,
Aluminium durch Diffusion bleibt, wobei der genannte wie es oben für die Versuche nach der Erfindung be-Teil
im Durchschnitt etwa 25 bis 50 Gewichtsprozent 55 schrieben worden ist, zusammengepreßt, hitzebeeiries
jeden Kügelchens ausmacht, und (4) der so handelt und stranggepreßt.
wärmebehandelte Preßkörper bei einer Temperatur In einem zweiten Vergleichsversuch werden feinst-
von wenigstens 26O0C und mit einem Verhältnis von pulverisierte Kügelchen einer Legierung auf Magne-
wenigstens 5 :1 stranggepreßt wird. Bei dem so modi- siumbasis, die 0,6 % Zirkonium und 1 % Didym ent-
fizierten Verfahren werden also das gesamte Zirko- 60 hält, weder mit Aluminium gemischt noch zusammen-
nium wie auch wenigstens ein Element der aus Calcium, gepreßt, sondern ohne Wärmebehandlung bei 370
Seltenen Erdmetallen oder Thorium bestehenden bis 400°C direkt zu Streifen stranggepreßt. Die
Gruppe in eine einzige Legierung auf Magnesiumbasis Strangpreßgeschwindigkeit liegt dabei in dem Bereich
eingearbeitet. Diese Legierung wird feinstzerteilt, und von 15 bis 24 m pro Minute.
die so erhaltenen Kügelchen werden dann mit dem 65 Aus jedem der Vergleichsversuche werden Proben
Aluminiumpulver überzogen. . untersucht. Die Werte für die Quetschgrenze und die
Der so erhaltene Preßkörper wird dann sehr sorg- prozentuale Kriechdehnung werden ebenfalls in der
fältig wärmebehandelt, wodurch das Aluminium in Tabelle aufgeführt.
°/o Kriechen während
100 Stunden bei 93° C
und 350 kg/cm2
Belastung
Zusammensetzung, Gewichtsprozent Quetschgrenze,
σ
σ
Vergleich 1
Vergleich 2
Vergleich 2
0,45 0,60 0,59 0,72
1,0
0,75 0,50
2* 0,5+
1+
1,2
0,9 0,6
Rest Rest Rest Rest
27,3
12,6
26,6
25,2
12,6
26,6
25,2
1,00 0,00 0,21 0,01
* = Didym
+ = Cer-Mischmetall
S. E. = Seltenes Erdmetall
Claims (1)
1. Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung eines Strangpreßteils aus einer Legierung
auf Magnesiumbasis, dadurch gekennzeichnet, daß
(1) Kügelchen einer Legierung auf Magnesiumbasis, die Zirkonium enthält, mit feinteiligem
Aluminium überzogen und
(2) die überzogenen Kügelchen bei einer Temperatur von 260 bis 425° C gepreßt werden,
(3) der Preßkörper bei einer Temperatur von 340 bis 4800C während 1 Stunde bis zu
4 Tagen zwecks Diffusion des Aluminiums in die Matrix erhitzt,
(4) der Preßkörper pulverisiert,
(5) das Metallpulver mit 10 bis 90% der Kügelchen aus einer Legierung auf Magnesiumbasis,
die wenigstens ein Element der aus Calcium, Seltenen Erdmetallen oder Thorium bestehenden
Gruppe enthält, gemischt und
(6) die Pulvermischung bei einer Temperatur von wenigstens 26O0C und mit dem zur Bildung
eines zusammenhängenden Strangpreßteils erforderlichen Druck stranggepreßt wird, wobei
das Strangpreßteil aus 0,1 bis 0,8% Zirkonium, 0,1 bis 5% Aluminium, bis zu 1,5% Zink und wenigstens einem Element
der aus 0,08 bis 0,5% Calcium, 0,1 bis 2,5% Seltenen Erdmetallen und 0,1 bis 4% Thorium
bestehenden Gruppe, Rest Magnesium mit den üblichen Verunreinigungen besteht.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US56980466A | 1966-08-03 | 1966-08-03 | |
| US56980466 | 1966-08-03 | ||
| DED0053468 | 1967-06-29 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1558485A1 DE1558485A1 (de) | 1972-03-23 |
| DE1558485B2 DE1558485B2 (de) | 1973-01-25 |
| DE1558485C true DE1558485C (de) | 1973-08-30 |
Family
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