JPH0499241A - コイルばね及びその製造方法 - Google Patents
コイルばね及びその製造方法Info
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- JPH0499241A JPH0499241A JP21067590A JP21067590A JPH0499241A JP H0499241 A JPH0499241 A JP H0499241A JP 21067590 A JP21067590 A JP 21067590A JP 21067590 A JP21067590 A JP 21067590A JP H0499241 A JPH0499241 A JP H0499241A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野コ
本発明は耐食性、耐摩耗性の他、特に耐熱性に優れた炭
化物析出硬化型Ｃｏ合金のコイルばね及びその製造方法
に関するものである。
化物析出硬化型Ｃｏ合金のコイルばね及びその製造方法
に関するものである。
［従来の技術］
従来より用途を問わす耐熱性及び耐食性に優れた合金と
してＦｅ系、Ｎｉ系、Ｃｏ系の超合金があげられる。こ
のうちＦｅ系、Ｎｉ系合金はＦｅ−Ｃｒ−Ｎ１合金、Ｎ
ｉ−Ｃｒ合金として添加元素等による合金開発が行なわ
れており、いずれも熱間加工、冷間線弓が容易なため、
コイルばねも得られている。
してＦｅ系、Ｎｉ系、Ｃｏ系の超合金があげられる。こ
のうちＦｅ系、Ｎｉ系合金はＦｅ−Ｃｒ−Ｎ１合金、Ｎ
ｉ−Ｃｒ合金として添加元素等による合金開発が行なわ
れており、いずれも熱間加工、冷間線弓が容易なため、
コイルばねも得られている。
一方、前記三系の中で最も耐熱性、耐食性に優れるとさ
れるｃｏ合金は、Ｃｒ１Ｗ１Ｃを添加したものを中心に
開発がされている。
れるｃｏ合金は、Ｃｒ１Ｗ１Ｃを添加したものを中心に
開発がされている。
［発明が解決しようとする課題］
しかし、ｃｏ合金は前記の優れた特性を備えるものの、
碩い材料であるため線引加工などの塑性加工により線材
を得ることが困難であり、従って、コイルばねを得るこ
とも困難であった。又、線材を得た場合であってもＣｏ
合金の耐熱性向上のキーとなる炭化物の析出が疲労特性
の低下を招く（炭化物が起点となり破断するおそれがあ
る）。さらに、材料強度そのものが低いため（ビッカー
ス硬度（Ｈｖ ）で４００〜５００が一般）、疲労強度
が劣るなどの問題があった。
碩い材料であるため線引加工などの塑性加工により線材
を得ることが困難であり、従って、コイルばねを得るこ
とも困難であった。又、線材を得た場合であってもＣｏ
合金の耐熱性向上のキーとなる炭化物の析出が疲労特性
の低下を招く（炭化物が起点となり破断するおそれがあ
る）。さらに、材料強度そのものが低いため（ビッカー
ス硬度（Ｈｖ ）で４００〜５００が一般）、疲労強度
が劣るなどの問題があった。
［課題を解決するための手段］
上記Ｃｏ合金は硬い材料であるため、線引加工が困難で
ある点を考察してみると、通常の溶解鋳造材では、炭化
物がデンドライトに沿って析出し、しかも非常に大きく
析出しているため、そのマトリックスと析出物の間に沿
って加工時割れを生ずる。
ある点を考察してみると、通常の溶解鋳造材では、炭化
物がデンドライトに沿って析出し、しかも非常に大きく
析出しているため、そのマトリックスと析出物の間に沿
って加工時割れを生ずる。
これを改善するため、鋳造時Ｎ ５ ｘ ｌｏ℃／ｓｅ
ｅ以上の冷却速度でインゴットを凝固させるか、５×１
０°Ｃ／ｓｅｅ以上の冷却速度で凝固した粉末を固化す
るなどの方法で炭化物を７１１ｍ以下にすれば、線材加
工が可能になることを見出した。
ｅ以上の冷却速度でインゴットを凝固させるか、５×１
０°Ｃ／ｓｅｅ以上の冷却速度で凝固した粉末を固化す
るなどの方法で炭化物を７１１ｍ以下にすれば、線材加
工が可能になることを見出した。
又、Ｃｏ合金線材の疲労強度の向上についても考察する
と、コイリングする前の材料は焼鈍（＋１５（１℃）し
たものをそのまま所望の形吠にコイリングし、その後５
５０〜８５０“ＣＸ （３０〜１８０分）時効処理を行
なうと、線表面の硬度がＨｖ＝６００以上あり、中心部
より表面の硬度がＨｖ＝１００以上扁いコイルばねが得
られることがわかった。
と、コイリングする前の材料は焼鈍（＋１５（１℃）し
たものをそのまま所望の形吠にコイリングし、その後５
５０〜８５０“ＣＸ （３０〜１８０分）時効処理を行
なうと、線表面の硬度がＨｖ＝６００以上あり、中心部
より表面の硬度がＨｖ＝１００以上扁いコイルばねが得
られることがわかった。
しかし、上記のコイルばねでは、疲労の起点が炭化物と
マトリックスの境界であることがあり、必すしも特性的
に優れているとはいえない。
マトリックスの境界であることがあり、必すしも特性的
に優れているとはいえない。
これは、従来の鋳造法による材料には５μｍ超、例えば
７ｐｍ程度の大きな炭化物があるためで、これを５μｍ
以下の大きさにすれば破断はコイルばねの内面が起点と
なり、疲労特性が向上することがわかった。炭化物の大
きさを５μｍ以下に抑えるにはｌＸ１×１０２℃／ｓｅ
ｃ以上の冷却速度によるインゴット、もしくは粉末の固
化材を用いればよい。
７ｐｍ程度の大きな炭化物があるためで、これを５μｍ
以下の大きさにすれば破断はコイルばねの内面が起点と
なり、疲労特性が向上することがわかった。炭化物の大
きさを５μｍ以下に抑えるにはｌＸ１×１０２℃／ｓｅ
ｃ以上の冷却速度によるインゴット、もしくは粉末の固
化材を用いればよい。
このようにＣｏ系合金を本来の特徴である耐熱性、耐食
性、耐摩耗性の他、例えばコイルばねのように優れた疲
労特性を要求されるものに加工するには同合金中に生し
る炭化物の成長を抑えることが重要なことであり、Ｃｏ
系合金の鋳造、もしくはＣｏ合金粉末の冷却階段で、そ
の冷却速度を１×１０２℃７ｓｅｃ以上として、炭化物
をＳｕｍ以下の大きさに抑え、このＣｏ系合金の線材加
工、コイリング加工を実現するものである。
性、耐摩耗性の他、例えばコイルばねのように優れた疲
労特性を要求されるものに加工するには同合金中に生し
る炭化物の成長を抑えることが重要なことであり、Ｃｏ
系合金の鋳造、もしくはＣｏ合金粉末の冷却階段で、そ
の冷却速度を１×１０２℃７ｓｅｃ以上として、炭化物
をＳｕｍ以下の大きさに抑え、このＣｏ系合金の線材加
工、コイリング加工を実現するものである。
このように本発明は上記の課題を解決すべくなされたも
ので、耐熱性、耐食性、耐摩耗性及び疲労特性に優れた
炭化物析出硬化型Ｃｏ合金のコイルばね及びその製造方
法を提供するものである。
ので、耐熱性、耐食性、耐摩耗性及び疲労特性に優れた
炭化物析出硬化型Ｃｏ合金のコイルばね及びその製造方
法を提供するものである。
即ち、本発明のコイルばねは成分が重量％で２６．０≦
Ｃｒ≦３３．０．３．０≦Ｗ ：５＋３．０．０．７≦
Ｃ≦１．７． Ｆｅ十１≦６．０＋残部実質Ｃｏからな
る合金よりなり、炭化物の大きさが５μ膳以下であって
線表面の硬度がビッカース硬度で６００以上あり、かつ
線中心部よりも線表面の硬度が前記硬度で１００以上高
いことを特徴としている。
Ｃｒ≦３３．０．３．０≦Ｗ ：５＋３．０．０．７≦
Ｃ≦１．７． Ｆｅ十１≦６．０＋残部実質Ｃｏからな
る合金よりなり、炭化物の大きさが５μ膳以下であって
線表面の硬度がビッカース硬度で６００以上あり、かつ
線中心部よりも線表面の硬度が前記硬度で１００以上高
いことを特徴としている。
又上記コイルばねの製造方法は、前記成分構成からなる
合金塊を鋳造時ｌＸＩＯ２℃／ｓｅｅ以上の冷却速度で
凝固させたもの、又は同成分構成からなる粉末を１ ｘ
ｔｏ２℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で固化したものを、
熱間加工若しくは冷間加工により所望の線径まで必要に
応して焼鈍を施しながら加工して、その最終工程で焼鈍
し、該焼鈍材をコイリングした後、５５０〜８５０℃で
３０〜１８０分時効させるというものである。
合金塊を鋳造時ｌＸＩＯ２℃／ｓｅｅ以上の冷却速度で
凝固させたもの、又は同成分構成からなる粉末を１ ｘ
ｔｏ２℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で固化したものを、
熱間加工若しくは冷間加工により所望の線径まで必要に
応して焼鈍を施しながら加工して、その最終工程で焼鈍
し、該焼鈍材をコイリングした後、５５０〜８５０℃で
３０〜１８０分時効させるというものである。
本発明コイルばねに用いるＣｏ合金は上記のような成分
構成であるが、まずＣｒは２６．０％未満では耐食性及
び耐熱性に劣り、３３．０％超では硬くなりすぎて加工
が困難となる。次にＷは３．０％未満では耐熱性に劣り
、１３．０％超では硬すぎて加工が困難となる。又、Ｃ
は０．７％未満では耐熱強度が低下し、１．７％超では
コイリングが困難となる。そして、不純物としてのＦｅ
＋７１１は耐食性の点から６％以下とするのがよい。も
っとも無理に減らそうとすればコスト高につながる。
構成であるが、まずＣｒは２６．０％未満では耐食性及
び耐熱性に劣り、３３．０％超では硬くなりすぎて加工
が困難となる。次にＷは３．０％未満では耐熱性に劣り
、１３．０％超では硬すぎて加工が困難となる。又、Ｃ
は０．７％未満では耐熱強度が低下し、１．７％超では
コイリングが困難となる。そして、不純物としてのＦｅ
＋７１１は耐食性の点から６％以下とするのがよい。も
っとも無理に減らそうとすればコスト高につながる。
［試験例］
さて、このような成分構成からなる合金塊又は粉末を線
材へ加工するわけであるが、ここに試験例として冷却速
度を変えて溶解鋳造又は粉末押出法によりインゴットを
作り、各々２■φまで線引加工を試みた（線材加工試験
）。尚、用ｂ）た合金の成分構成は重量％でＣｒ２９．
８％、Ｗ４．８％ Ｃ１，１％＋ Ｆｅ ＋ Ｎ１２．
［ｉ％、残部Ｃｏである。
材へ加工するわけであるが、ここに試験例として冷却速
度を変えて溶解鋳造又は粉末押出法によりインゴットを
作り、各々２■φまで線引加工を試みた（線材加工試験
）。尚、用ｂ）た合金の成分構成は重量％でＣｒ２９．
８％、Ｗ４．８％ Ｃ１，１％＋ Ｆｅ ＋ Ｎ１２．
［ｉ％、残部Ｃｏである。
この結果を表１に示す。
表 １
以上のことから線引可能な条件として炭化物を７μｍ１
以下の大きさとし、そのための冷却速度として少なくと
も５×１０℃／ｓｅｃが必要であることが確認された。
以下の大きさとし、そのための冷却速度として少なくと
も５×１０℃／ｓｅｃが必要であることが確認された。
次に上記溶解鋳造４、粉末押出７の２材に減面率Ｏ（焼
鈍材）、５．１０％の線引加工を施し、コイリングを行
って折損状況を調べた（コイリング試験）。尚、上記コ
イリングにより得られたコイルばねは線径２■φ、コイ
ル中心径２０■φ、自由長、５０ｍｍ、有効巻数３．５
である。試験結果を表２に示す。
鈍材）、５．１０％の線引加工を施し、コイリングを行
って折損状況を調べた（コイリング試験）。尚、上記コ
イリングにより得られたコイルばねは線径２■φ、コイ
ル中心径２０■φ、自由長、５０ｍｍ、有効巻数３．５
である。試験結果を表２に示す。
表 ２
（注）圧延は１１００°Ｃ１圧延において×→割れ、○
→可、線引において×→全く引けない、△→減面率５％
の線引加工可、○→同ＩＯ％の加工可、◎→同２０％の
加工可を示す。
→可、線引において×→全く引けない、△→減面率５％
の線引加工可、○→同ＩＯ％の加工可、◎→同２０％の
加工可を示す。
（注）表中○→折損なし、△→折損あり、×→はとんど
折損を示す。
折損を示す。
以上の結果より減面率Ｏ即ち焼鈍材のみがコイリングに
適していることが確認された。
適していることが確認された。
次にコイルばねの断面硬度分布と時効温度の関係につい
て調べてみた（硬度−時効温度試験）。本試験に用いた
コイルばねは上記粉末押出７の焼鈍材で、時効時間は１
時間である。結果を第１図のグラフに示す。同グラフに
示すようにいずれも表面から中心に向かうに従い硬度は
低下し、特に５００℃及び７００°Ｃの場合に硬度の低
いことが確認された。
て調べてみた（硬度−時効温度試験）。本試験に用いた
コイルばねは上記粉末押出７の焼鈍材で、時効時間は１
時間である。結果を第１図のグラフに示す。同グラフに
示すようにいずれも表面から中心に向かうに従い硬度は
低下し、特に５００℃及び７００°Ｃの場合に硬度の低
いことが確認された。
又、コイルばねの断面硬度分布上時効時間の関係につい
ても調べてみた（硬度−時効時間試験）。ここで用いた
コイルばねも前記硬度−時効温度試験に用いたものと同
じであり、時効温度は６００度であった。その結果を第
２図のグラフに示す。同グラフに示すように、第１図同
様表面から中心に向かうに従い硬度は低下し、時効時間
２０分のものは表面硬度が）ｌｙ＝ ［ｉｏｏを下回っ
ていることが判った。
ても調べてみた（硬度−時効時間試験）。ここで用いた
コイルばねも前記硬度−時効温度試験に用いたものと同
じであり、時効温度は６００度であった。その結果を第
２図のグラフに示す。同グラフに示すように、第１図同
様表面から中心に向かうに従い硬度は低下し、時効時間
２０分のものは表面硬度が）ｌｙ＝ ［ｉｏｏを下回っ
ていることが判った。
さらにコイルばねの重要な特性である疲労特性について
の試験を行なった。用いたコイルはねは、粉末押出７、
線径２．ｈｍφ、コイル中心径２０■φ、自由長４０■
、有効巻数３．５である。まず同し硬度値を示すコイル
ばねを炭化物の大きさで分は平均締付力４０ｋｇ／ｍｍ
２で試験を行なった。
の試験を行なった。用いたコイルはねは、粉末押出７、
線径２．ｈｍφ、コイル中心径２０■φ、自由長４０■
、有効巻数３．５である。まず同し硬度値を示すコイル
ばねを炭化物の大きさで分は平均締付力４０ｋｇ／ｍｍ
２で試験を行なった。
（疲労試験１）。その結果を第３図のグラフに示す。同
グラフに示すように最大７μｍ１の大きさの炭化物を含
むコイルばねは疲労特性が劣ることがわかった。
グラフに示すように最大７μｍ１の大きさの炭化物を含
むコイルばねは疲労特性が劣ることがわかった。
そこで、最大５μｍの大きさの炭化物を含むコイルばね
のへたり量について試験を行なった（疲労試験２）。試
験方法は高ｌ （４００，５００，６００’Ｃ）中で一
定（締付力４０ｋｇ／醜ｍ２、締付時間１時間）の締付
後にコイルばねのへたり量を測定するもので、用いたコ
イルばねは粉末押出７．６ｏｏ℃ＸＩＨｒ時効材である
。結果を第４図のグラフに示す。このグラフかられかる
ように表面硬度Ｈｖ＝ ６００以上のコイルばねでへた
りが少なく、耐熱性に優れることが確認された。
のへたり量について試験を行なった（疲労試験２）。試
験方法は高ｌ （４００，５００，６００’Ｃ）中で一
定（締付力４０ｋｇ／醜ｍ２、締付時間１時間）の締付
後にコイルばねのへたり量を測定するもので、用いたコ
イルばねは粉末押出７．６ｏｏ℃ＸＩＨｒ時効材である
。結果を第４図のグラフに示す。このグラフかられかる
ように表面硬度Ｈｖ＝ ６００以上のコイルばねでへた
りが少なく、耐熱性に優れることが確認された。
最後に耐食性についての試験を行なった。これは１％１
Ｉ２ｓ０４液中で分極試験を実施し、電圧−電流特性を
求めるもので、試験に用いたコイルばねの組成及び結果
を表３に、電圧−電流特性のグラフを第５図に示す。
Ｉ２ｓ０４液中で分極試験を実施し、電圧−電流特性を
求めるもので、試験に用いたコイルばねの組成及び結果
を表３に、電圧−電流特性のグラフを第５図に示す。
表 ３
（注）単位は重量％である。
表３及び第５図のグラフに示すようにＦｅ＋ Ｎｌが５
％超、Ｃｒが２６．０％未満の場合に耐食性が劣ること
がわかった。この他、Ｗ、Ｃの量を変え調べてみたがＷ
は３０〜１３０％、Ｃは０．７〜１．７％の範囲内で耐
食性に大きな影響はなかった。尚、第５図のグラフに示
すＸはＦｅ−Ｃｒ−Ｎ１合金（ＳＯ５３０４）、ＹはＮ
１−Ｃｒ−Ｆｅ合金（インコネル７１８）であり、これ
らとの比較からも本発明の開発材が耐食性に優れている
ことがわかる。
％超、Ｃｒが２６．０％未満の場合に耐食性が劣ること
がわかった。この他、Ｗ、Ｃの量を変え調べてみたがＷ
は３０〜１３０％、Ｃは０．７〜１．７％の範囲内で耐
食性に大きな影響はなかった。尚、第５図のグラフに示
すＸはＦｅ−Ｃｒ−Ｎ１合金（ＳＯ５３０４）、ＹはＮ
１−Ｃｒ−Ｆｅ合金（インコネル７１８）であり、これ
らとの比較からも本発明の開発材が耐食性に優れている
ことがわかる。
以上のよな各種試験、検討の結果、疲労試験１より線材
中の膨化物の大きさを５μｍ以下とする必要があり、こ
のことと線材加工試験の結果から溶解鋳造、粉末押出い
ずれの方法においても冷却速度をｌＸｌ０”°Ｃ／ｓｅ
ｃとしなけければならない。
中の膨化物の大きさを５μｍ以下とする必要があり、こ
のことと線材加工試験の結果から溶解鋳造、粉末押出い
ずれの方法においても冷却速度をｌＸｌ０”°Ｃ／ｓｅ
ｃとしなけければならない。
又、疲労試験２より表面硬度がＨｖ＝ ［ｉ００以上で
ある必要があり、この結果と硬度−時効温度試験の結果
から時効温度は５５０〜８５０℃が最適であることがわ
かった。さらに、硬度−時効時間試験の結果と照らし合
わせば、時効時間は３０〜１８０分が最適であることが
確認された。
ある必要があり、この結果と硬度−時効温度試験の結果
から時効温度は５５０〜８５０℃が最適であることがわ
かった。さらに、硬度−時効時間試験の結果と照らし合
わせば、時効時間は３０〜１８０分が最適であることが
確認された。
［発明の効果］
以上説明したように本発明コイルばねは、従来耐熱性に
優れているとされたＦｅ系、ＮＩ系合金よりもさらに耐
熱性に優れたもので高温環境下において佇効な利用を図
ることができる。
優れているとされたＦｅ系、ＮＩ系合金よりもさらに耐
熱性に優れたもので高温環境下において佇効な利用を図
ることができる。
又、他の優れた特性として耐食性、耐摩耗性も兼ね備え
るため、これら複数の特性が要求される環境下でも用い
ることが可能である。
るため、これら複数の特性が要求される環境下でも用い
ることが可能である。
第１図はコイルばねの断面硬度と時効温度の関係を示す
グラフ、第２図は断面硬度と時効時間の関係を示すグラ
フ、第３図及び第４図は表面硬度の異なるコイルばねに
ついて疲労試験の結果を示すグラフ、第５図は分極試験
による電圧−電流特性を示すグラフである。 ′！Ｊ １ 図 算２図 第 ３ＷＪ ＆１硯及（Ｈｖ）
グラフ、第２図は断面硬度と時効時間の関係を示すグラ
フ、第３図及び第４図は表面硬度の異なるコイルばねに
ついて疲労試験の結果を示すグラフ、第５図は分極試験
による電圧−電流特性を示すグラフである。 ′！Ｊ １ 図 算２図 第 ３ＷＪ ＆１硯及（Ｈｖ）
Claims (2)
- （１）成分が重量％で２６．０≦Ｃｒ≦３３．０、３．
０≦Ｗ≦１３．０、０．７≦Ｃ≦１．７、Ｆｅ＋Ｎｉ≦
６．０、残部実質Ｃｏからなる合金よりなり、炭化物の
大きさが５μｍ１以下であって、線表面の硬度がビッカ
ース硬度で６００以上あり、かつ線中心部よりも線表面
の硬度が前記硬度で１００以上高いことを特徴とするコ
イルばね。 - （２）成分が重量％で２６．０≦Ｃｒ≦３３．０、３．
０≦Ｗ≦１３．０、０．７≦Ｃ≦１．７、Ｆｅ＋Ｎｉ≦
６．０、残部実質Ｃｏからなる合金塊を鋳造時１×１０
＾２℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で凝固させたもの、又は
前記成分からなる粉末を１×１０＾２℃／ｓｅｃ以上の
冷却速度で固化したものを、熱間加工若しくは冷間加工
により所望の線径まで必要に応じて焼鈍を施しながら加
工して、その最終工程で焼鈍し、該焼鈍材をコイリング
した後、５５０〜８５０℃で３０〜１８０分時効させる
ことを特徴とするコイルばねの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21067590A JP2870156B2 (ja) | 1990-08-08 | 1990-08-08 | コイルばね及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21067590A JP2870156B2 (ja) | 1990-08-08 | 1990-08-08 | コイルばね及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0499241A true JPH0499241A (ja) | 1992-03-31 |
| JP2870156B2 JP2870156B2 (ja) | 1999-03-10 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP21067590A Expired - Fee Related JP2870156B2 (ja) | 1990-08-08 | 1990-08-08 | コイルばね及びその製造方法 |
Country Status (1)
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| JP (1) | JP2870156B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111485138A (zh) * | 2020-04-23 | 2020-08-04 | 中国科学院金属研究所 | 一种冷加工态钴基合金棒丝材的制备方法 |
-
1990
- 1990-08-08 JP JP21067590A patent/JP2870156B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111485138A (zh) * | 2020-04-23 | 2020-08-04 | 中国科学院金属研究所 | 一种冷加工态钴基合金棒丝材的制备方法 |
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| Publication number | Publication date |
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| JP2870156B2 (ja) | 1999-03-10 |
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