JPH07102443B2 - 耐熱物品並びにその製造方法 - Google Patents

耐熱物品並びにその製造方法

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JPH07102443B2
JPH07102443B2 JP61203576A JP20357686A JPH07102443B2 JP H07102443 B2 JPH07102443 B2 JP H07102443B2 JP 61203576 A JP61203576 A JP 61203576A JP 20357686 A JP20357686 A JP 20357686A JP H07102443 B2 JPH07102443 B2 JP H07102443B2
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アルカン・ドイチュラント・ゲーエムベーハー
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明の鋳物とインサートから成る耐熱物品に関し、そ
のインサートは、鋳造される鋳物の基本となる材料によ
って少なくとも一部が囲まれていて微細な多孔性の耐熱
材料特にセラミック材料又はサーメットからなる耐熱物
品、並びにこの耐熱物品の製造方法に関する。
従来の技術 燃焼室部品即ちピストン及び又はシリンダヘッド、並び
にシリンダヘッドの入口出口ポートのような耐熱物品は
微細多孔性耐熱材料特にセラミック材料又はサーメット
で作られた局部的なインサートを有しており、このイン
サートの鋳物の基本となる材料例えばアルミニウム内に
少なくとも部分的に鋳込み又は焼嵌めされる。ドイツ特
許第725761号、ドイツ特許第2354254号参照。
この耐熱物品ではインサートの材料の微細多孔性構造が
欠点を生ずる。インサート材料の孔内のガスの容積がイ
ンサートと溶融物の鋳込み温度の増加に伴って膨張し全
面から漏れ出す傾向を生ずる。溶融物の表面張力は形成
される酸化物層によって補強されて個々の小さな泡の脱
出を阻げる。
このため密閉されたガスがインサートの外周に形成され
インサートの最高部で溶融物内に逃げて個々の大きな泡
を形成する。容易に酸化可能な溶融物の場合、この泡は
酸化物の縞となって材料間を分離する。かくして鋳物の
基本となる材料とインサートとの密着性に影響する。通
常の材料は不可避的に多孔性に示すが、通常は孔の寸法
は小さく材料内で長距離にわたりガスの脱出経路を提供
せず、従ってガスは周囲をとりまく金属の一定の場所か
ら漏れ出るか又は鋳造過程の間に抽出される。
鋳造工程の間に発生するガスは少なくとも部分的にイン
サートと鋳物との間の分離部に集まってここで膨張し、
この結果鋳造材料内にガススペースが形成される。この
発見は驚くべきことであり、これまでセラミック材料又
はサーメットはガスを含まない不活性材料と見做されて
いた。なぜならインサートは既に熱処理即ち焼結処理さ
れておりガス状物質はこの段階で既に駆逐されていると
見做されていたらである。
かくして上述のドイツ特許2354254号では複合の耐熱物
品の製造に際して鋳造工程の前に少なくとも後で金属溶
融物を鋳込み温度にまでインサートを加熱することを提
案している。この準備作業を行うことによってインサー
トからのガスは鋳造工程前に駆逐され鋳造段階ではガス
はないと見做されていた。この既知の方法ではインサー
トの表面は平滑であり、鋳物の溶融金属の入り得る孔、
開口等はない。中空のスペースを有するセラミックイン
サートに関しては加熱の可能性は完全になくなり、中空
のスペースには鋳造工程用の中子砂を充填するか、中古
砂パッキン部材所謂コアマークをセラミック部材に固着
して鋳型の位置ぎめを行わなければならない（ドイツ特
許2354254号、６欄５行、ドイツ特許2163717号,2欄58行
参照）。
本願出願人によるドイツ特許出願3420571.3の提案では
温度条件を周期的に変えることにより、上述の物品のイ
ンサートと鋳物金属との間に集まるガスを除去する問題
が記載されている。インサートを焼嵌めのみによって鋳
物に固着する形式の場合、残留するガスは長期間の間に
熱負荷によりインサートを順次外周の鋳物材料から分離
させて変形させ部品全体を破壊することがある。この問
題を解決するために従来はガス圧力開放孔を設けインサ
ートと鋳物との間に生ずるガス圧力を開放し、この開放
孔はインサートと鋳物との間の分離部から鋳物の自由面
に連通させている。
発明が解決しようとする課題 本発明の目的は、鋳造によりインサートガス泡のないス
ペースを形成した耐熱物品を提供し、更に耐熱物品の製
造方法を提供し鋳造工程の間にインサートから放出され
たガスを阻害されることなく除去することである。
課題を解決するための手段 上述の目的を達成するため本発明は、鋳物とインサート
から成り、前記インサートは鋳造される鋳物の基本とな
る材料によって少なくとも一部が囲まれかつ微細な多孔
性の耐熱材料時にセラミック材料又はサーメットから作
られる、耐熱物品において、前記鋳物の鋳造工程の間に
解放されるガスをインサートから障害なく脱出させるこ
とを可能とするように、前記インサート内には、前記イ
ンサートの表面に開口した少なくとも１個のガス出口通
路が形成されて構成されている。
本発明は、上述の多孔性の耐熱材料のインサートは鋳造
工程の間の熱負荷によってガスを放出するということに
基づいている。
インサートを成形して鋳造工程の間に鋳物から生ずるガ
スを自由に放出することを可能とするため、本発明は型
及び中子部品からガスの除去を行う鋳造技法の中子製造
技法の提案に戻る。この種インサートは不活性材料を使
用しているにもかかわらずガスを含有するため、中子製
造技法から得た知識を利用することが、可能となる。ち
なみにドイツ特許第2163717号、ドイツ特許第2354254号
ではインサートと鋳造工程での普通のコアとの間で厳密
な区別がされている（ドイツ特許第2163717号,2欄42行
以下参照）。この区別をするのは、中空のスペースを形
成するためのコアは理論的には鋳物の金属が硬化するま
で残存するだけでよいが、インサートは鋳造物内で永久
的に機能する構成要素があり常に鋳物に固着されていな
ければならないことによる。
本発明はインサートを形成し鋳造工程の間に生ずるガス
を自由に逃がすために、インサート内部とその表面にガ
スを逃す通路を形成する。インサート内に設けられたガ
スを逃す通路の開口部は表面に設けられたガスを逃す通
路内にある。従って、表面に設けられたガスを逃す通路
は収集通路を形成し、これによって膨張下で生ずるガス
を収集して出口に導く。
インサート内に形成するガスを逃す通路はスロット、孔
等としてガス出口通路を形成する。インサートの面に形
成するガスを逃す通路は連続的に発生するガスに対する
開放通路として形成でき、この開放通路の寸法は溶融物
の表面張力と酸化物被膜とが開放通路内に充填するのを
防ぐことを必要とする。発生したガスはガスを誘導する
この開放通路を介して、ガス出口通路を通って流れる。
開放通路はインサートの表面を部分的に又は全面的に覆
う。
ドイツ特許第3126028号にあるように、セラミックイン
サートの壁にダブテール溝（ありみぞ）を形成し鋳造工
程の間に鋳物の基本となる材料をその溝内に入れるよう
にすることは公知である。この解決法では耐熱物品の両
部品間の相互固着が増加するにすぎない。これとは反対
に本発明では、ガス出口通路は鋳造工程の間に鋳物から
発生するガスを導出するためのものであり溶融した金属
で充填してはならない。
インサート内を通るガス出口通路の開口は、断面に関し
て、一方で鋳物の基本となる材料の溶融物が鋳造工程の
間に負圧の作用下でも入ることなく、他方でガスの脱出
と抽出が妨害されないように配置される。
本発明により鋳物の鋳造に際してインサートを介して放
出されるガスは阻害されずに除去される。本発明が提供
する手段は、特別の場合に、耐熱物品の熱負荷の結果と
してその使用中に放出されるガスを困難なく除去するよ
うに作用する。
他の実施例において、インサートのガス出口通路の終る
又は設けられる面と基本材料から成る鋳物との間にガス
透過性又はガス誘導性の層を設ける。
この層は完全に又は部分的に鋳造工程の間にガス出口通
路内に溶融物が入らず、インサートから発生するガスが
充分に除去されるように作用する。
この層はシート又は膜、好適な例では金属膜を鋳物を囲
んで巻くことにより形成する。膜の溶融点は金属の鋳造
温度より上とすることが望ましいが、膜を低温面に接触
させて充分に強く冷却して膜の溶融を防ぐこともでき
る。ガス誘導層はインサート面と膜との間の中間スペー
スによって形成される。
この層を好適な例ではセラミック又はグラハイト製のフ
ァイバー又はフェルトマットによって形成してもよい。
このフェルトマットは鋳物に面する側をガス不透過性と
することもできる。
インサートを鋳物に対して無機又はセラミックファイバ
ーの包装体で巻付ける構成は既知であり、例えばドイツ
特許第3309699号、米国特許第4245611号があるが、この
ファイバーの巻付けは他の目的のためであり、ある種の
弾性クッションを形成し鋳造過程の間及び物品の使用中
にインサートに作用する収縮応力を減少させるものであ
る。
ガス除去のために設けられる層は適当な材料のスプレー
又は塗装によって形成できる。
他の実施例において、通路の少なくとも表面部分にのみ
ガス透過性充填材料を充填し、鋳造金属が通路内に入る
のを防ぐと共にガスを通路から逃がすようにしている。
ガスを逃がすために、好適な例でファイバーの方向をガ
ス流の方向に一致させる。この場合の充填物は好適な例
でセラミック又はグラハイトのファイバー又はフェルト
材料から成る。
上述の各種解決法はインサートの形状に対応するガス出
口通路を形成するものに関するが、本発明による他の基
本的解決法として、膨張ガスの脱出に適した直径を有す
る孔を形成するように部分的又は全体的にインサートの
材料を配分してインサートを作ることも可能である。
インサートの材料の多孔性を部分的に増加するために、
除去可能の材料を一種の充填物としてインサートの所要
位置を設けることもできる。この材料、例えば発泡剤、
ファイバー等の密度又は透過性を選択して多孔性の程度
を変えることもできる。ファイバー、糸、剛毛等を使用
する時は空気抽出性又は透過性はこれらファイバー等の
向きによって影響される。除去可能の材料が例えばセラ
ミック又はグラハイトのファイバーから成る場合は、こ
れらの材料は焼結されたインサート内に残り、発泡剤、
グラハイト、有機スポンジ状材料の場合は焼結に際して
焼結、蒸発、化学的方法によって除去される。
上述した通り、多孔性を部分的に増加することに関し
て、インサートの全容積に対して多孔性を増加させるこ
とができる。この場合、インサートの製造に使用される
材料の成分として吹込み剤又は発泡剤を含む。これは主
としてセラミック材料に適用されるが添加剤はセラミッ
クスリップにも適用できる。
本発明は上述の耐熱物品の製造方法にも関する。
上述のガス出口通路はインサートに未焼結の状態で形成
する。これはスリップ又は鋳物と共に非消耗性のワイ
ヤ、ピン、糸等を成形型内に組合せることにより行う。
これらは成形型を開いた時に成形型に取付けた状態であ
り、未焼結の物品に取付けた状態ではない。未焼結の物
品を成形型から取出した後にこれらを抜取ることもでき
る。未焼結の物品の焼結に際して化学的又は熱的に除去
することもできる。
一方、インサートの焼結後にガス出口通路を加工するこ
とも可能である。例えばエッチング、機械加工、超音
波、レーザー加工がある。
この各種解決法において、インサートの多孔性は材料を
用途に応じて調整して増加することができる。更に吹込
み剤又は発泡剤を添加できる。
インサートの表面に設けられるガスを逃す通路はインサ
ートに開放通路を作ることにより形成される。これはス
リップ又は鋳物の材料を成形型の形状に対応させて行わ
せる。また開放通路の形成を未焼結の状態又は焼結後の
インサートにエッチング、研磨、鋸加工、超音波、レー
ザー加工等によって形成することもできる。好適な例で
は成形型に開放通路形成網、ウエブ等を介挿することに
よって形成する。これら開放通路を形成する素子の除去
は化学的、熱的、又は機械的に行う。セラミック、金
属、又は金属セラミックのような構造的に多孔性の層を
インサートの表面にスプレーすることもできる。
本発明の物品のガス除去を強化するために、適切に調整
されたインサートを使用して、製造工程の間に遠隔抽出
によってガスの脱出を助長する。これはコア製造技法で
周知であり本発明でも適用する。
なお既知のコア製造技法に基づく抽出による解決法の例
として、本発明の方法にも使用できるものはドイツ特許
第2917208剛に記載されている。
実施例 本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第１図において、本発明による複合耐熱物品はアルミニ
ウム等の金属の鋳物10を有する。鋳物10内にインサート
20を少なくとも部分的に鋳込む。インサート20は微細な
多孔性の耐熱材料等にセラミック又はサーメットから成
る。インサート20は表面22は溶融材料に囲まれた時に熱
負荷を受ける。例えば複合耐熱物品がシリンダヘッドと
すれば、インサート20の表面21は燃焼ガス出口ポートの
一部を形成する。
インサート20内に、表面21から鋳物10に対向する表面22
に達するスロット又は孔23を設けてガス出口通路を形成
する。ガス出口通路23によって鋳造工程の間に生ずる膨
張ガスはインサート20の表面21,22に向って流れインサ
ートから除去される。この除去により、例えば表面21か
らの自由な流出が可能となり、又は所要の負圧を作用さ
せることが可能となる。鋳物10に対向するインサート20
の表面22に関して、ガスの直接的な除去を可能にし又は
助長するためにインサート20の表面22と鋳物10の対向す
る面11との間に例えばセラミックのファイバーマットか
ら成る層30を介挿する。層30はある程度のガス透過性が
あり、層のファイバーはガス流の方向に向けられてお
り、図示の例では面11,22に平行である。かくして層30
内に集まるガス層30の外周のガス圧力によって流れ出し
除去される。この除去を容易にするために第３図の示す
ガス抜き管40を鋳物10を介して層30まで通し、層30に集
まったガス管40を通って除去される。
第２図はインサート20のみの断面図であり、この場合、
ガス出口通路23の断面は第１図のものよりも大きく、ガ
ス出口通路23内にはセラミックファイバー等の充填材31
が充填される。特に充填材31のファイバーの方向を通路
の方向に一致させる場合には充填材31は鋳物の金属がガ
ス出口通路23内に入るのを防ぐと共にガス出口通路23か
らのガスの除去を促進する。
第４図に示す例では、第１図のセラミックファイバー製
の層30に代えて金属膜32とし、この場合も同様に金属膜
とインサートの隣接する表面22との間に集まるガスを出
口通路23から除去してガスの除去を促進する。金属膜に
よって覆われるインサート20の表面22に開放通路24を金
属膜の方に開口して形成しガス出口通路23と連通させて
インサート20の内方にガスを排出する。通路24は複数の
ガス出口通路23端に連通した集合ダクトを形成してイン
サート20から発生したガスを収集部に集めそこから例え
ば遠隔吸出しによってガスを排出する。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による耐熱物品の断面図、第２図は本発
明によるインサートの他の実施例の断面図、第３図は製
造工程の各部の断面図、第４図は本発明による耐熱物品
の別の実施例の断面図である。 10……鋳物、11,21,22……表面 20……インサート、23……ガス出口通路 24……開放通路、30……セラミックファイバーの層 31……充填材、32……金属膜

Claims (35)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】鋳物とインサートから成り、前記インサー
    トは鋳造される鋳物の基本となる材料によって少なくと
    も一部が囲まれかつ微細な多孔性の耐熱材料特にセラミ
    ック材料又はサーメットから作られる、耐熱物品におい
    て、 前記鋳物の鋳造工程の間に解放されるガスをインサート
    から障害なく脱出させることを可能とするように、前記
    インサート内には、前記インサートの表面に開口した少
    なくとも１個のガス出口通路が形成されていることを特
    徴とする耐熱物品。
  2. 【請求項２】前記ガス出口通路がインサートの内方に延
    長し、通路端部の少なくとも１個がインサートの面に開
    口することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
    耐熱物品。
  3. 【請求項３】少なくとも１個のガス出口通路をインサー
    ト内に形成し、自由断面に対する前記ガス出口通路の寸
    法は、鋳造に際して、溶融した前記基本となる材料が前
    記通路に入るのをほぼ防止するような寸法となっている
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の耐熱物
    品。
  4. 【請求項４】前記インサートの一方の表面に少なくとも
    １個の開放したガス用の開放通路を設けることを特徴と
    する特許請求の範囲第１項に記載の耐熱物品。
  5. 【請求項５】前記インサートの内部を通る少なくとも１
    個のガス出口通路の端部が前記開放通路に開口すること
    を特徴とする特許請求の範囲第４項記載の耐熱物品。
  6. 【請求項６】前記インサートの内部を通るガス出口通路
    をスロット又は孔とすることを特徴とする特許請求の範
    囲第５項に記載の耐熱物品。
  7. 【請求項７】前記インサートの一方の表面に少なくとも
    １個の開放したガス用の開放通路を設けることを特徴と
    する特許請求の範囲第３項に記載の耐熱物品。
  8. 【請求項８】前記インサートの内部を通る少なくとも１
    個のガス出口通路の端部が前記開放通路に開口すること
    を特徴とする特許請求の範囲第７項に記載の耐熱物品。
  9. 【請求項９】前記インサートの内部を通るガス出口通路
    をスロット又は孔とすることを特徴とする特許請求の範
    囲第８項に記載の耐熱物品。
  10. 【請求項１０】前記インサートのガス出口通路を均等に
    配置することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
    の耐熱物品。
  11. 【請求項１１】前記インサートのガス出口通路を均等に
    配置することを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載
    の耐熱物品。
  12. 【請求項１２】前記インサートのガス出口通路を局部的
    に集中させることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
    記載の耐熱物品。
  13. 【請求項１３】前記インサートのガス出口通路を局部的
    に集中させることを特徴とする特許請求の範囲第７項に
    記載の耐熱物品。
  14. 【請求項１４】前記インサートの材料が少なくとも局部
    的に開放した多孔構造を有し、孔の直径は発生ガスの脱
    出を可能にすることを特徴とする特許請求の範囲第１項
    に記載の耐熱物品。
  15. 【請求項１５】前記インサートの多孔性を孔形成材料の
    導入によって増加させることを特徴とする特許請求の範
    囲第14項に記載の耐熱物品。
  16. 【請求項１６】前記孔形成材料をセラミック及び非セラ
    ミック耐熱ファイバーから成る群から選択することを特
    徴とする特許請求の範囲第15項に記載の耐熱物品。
  17. 【請求項１７】前記孔形成材料を燃焼、蒸発、及び又は
    化学的溶媒作用によって除去可能とすることを特徴とす
    る特許請求の範囲第15項に記載の耐熱物品。
  18. 【請求項１８】前記ガス出口通路が終わる前記インサー
    トの表面と前記基本となる材料で作られる鋳物との間に
    ガス透過性又はガス伝達性の層を配置することを特徴と
    する特許請求の範囲第１項に記載の耐熱物品。
  19. 【請求項１９】前記層は、前記インサートの表面とイン
    サート上に施した金属膜等の膜との間の中間スペースと
    して形成されることを特徴とする特許請求の範囲第18項
    に記載の耐熱物品。
  20. 【請求項２０】前記層はファイバー又はフェルトマット
    から成ることを特徴とする特許請求の範囲第18項に記載
    の耐熱物品。
  21. 【請求項２１】前記ファイバー又はフェルトマットをセ
    ラミック又はグラハイト製とすることを特徴とする特許
    請求の範囲第20頁に記載の耐熱物品。
  22. 【請求項２２】前記層をスプレー又は塗装によって施す
    ことを特徴とする特許請求の範囲第18項に記載の耐熱物
    品。
  23. 【請求項２３】前記ガス出口通路は少なくともその面が
    ガス透過性充填物によって充填されることを特徴とする
    特許請求の範囲第１項に記載の耐熱物品。
  24. 【請求項２４】前記ガス出口通路は少なくともその面が
    ガスを透過性充填物によって充填されることを特徴とす
    る特許請求の範囲第３項に記載の耐熱物品。
  25. 【請求項２５】前記充填物はファイバー又はフェルト材
    料とすることを特徴とする特許請求の範囲第23項に記載
    の耐熱物品。
  26. 【請求項２６】前記ファイバー又はフェルト材料はセラ
    ミック又はグラハイトであることを特徴とする特許請求
    の範囲第25項に記載の耐熱物品。
  27. 【請求項２７】金属の鋳物と、前記鋳物内に鋳込むこと
    によって前記鋳物の基本となる材料に少なくとも部分的
    に囲まれるインサートとを有する複合の耐熱物品を製造
    する方法において、前記インサートを鋳造可能な微細多
    孔性耐熱材料とし、前記インサートの材料内に形成した
    ガス出口通路によって鋳物の鋳造工程の間に放出される
    ガスのインサートからの自由な脱出を可能にすることを
    特徴とする耐熱物品の製造方法。
  28. 【請求項２８】インサート製造のために鋳型を使用し、
    対応する鋳型部分によりガス出口通路を形成し、後にそ
    の鋳型を除去することを特徴とする特許請求の範囲第27
    項に記載の耐熱物品の製造方法。
  29. 【請求項２９】前記鋳型部分を熱的に例えばインサート
    の焼結によって除去することを特徴とする特許請求の範
    囲第28項に記載の耐熱物品の製造方法。
  30. 【請求項３０】前記基本となる材料内に残る鋳型部分を
    化学的に除去することを特徴とする特許請求の範囲第28
    項に記載の耐熱物品の製造方法。
  31. 【請求項３１】金属の鋳物とインサートから成る複合の
    耐熱物品を製造する方法であって、前記金属の鋳物を作
    る工程と、前記鋳物の適所に鋳込むことによって前記鋳
    物の基本となる材料で少なくとも部分的に囲まれるよう
    に前記インサートを作る工程とを備えた前記耐熱物品を
    製造する方法において、 前記インサートを作る工程が、 前記鋳物の鋳造工程の間に解放されるガスの障害のない
    脱出を可能とするように鋳造可能な微細な多孔性耐熱材
    料から前記インサートを形成する工程と、 前記インサートの形成後、前記インサートから材料を取
    除くことにより前記インサートにガス出口通路を形成す
    る工程とを 備えていることを特徴とする方法。
  32. 【請求項３２】金属の鋳物とインサートから成る複合の
    耐熱物品を製造する方法であって、前記金属の鋳物を作
    る工程と、前記鋳物の適所に鋳込むことによって前記鋳
    物の基本となる材料で少なくとも部分的に囲まれるよう
    に前記インサートを作る工程とを備えた前記耐熱物品を
    製造する方法において、 前記インサートを作る工程が、 前記鋳物の鋳造工程の間に解放されるガスの障害のない
    脱出を可能とするように鋳造可能な微細な多孔性耐熱材
    料、特にセラミックから前記インサートを形成する工程
    と、 完成したインサートの多孔性を増加するようにセラミッ
    クの一部にガス化材料又は発泡材料を添加する工程とを 備えていることを特徴とする方法。
  33. 【請求項３３】金属の鋳物とインサートから成る複合の
    耐熱物品を製造する方法であって、前記金属の鋳物を作
    る工程と、前記鋳物の適所に鋳込むことによって前記鋳
    物の基本となる材料で少なくとも部分的に囲まれるよう
    に前記インサートを作る工程とを備えた前記耐熱物品を
    製造する方法において、 前記インサートを作る工程が、 前記鋳物の鋳造工程の間に解放されるガスの障害のない
    脱出を可能とするように鋳造可能な微細な多孔性耐熱材
    料から前記インサートを形成する工程と、 ガスの放出を増進する少なくとも１つの開放通路を形成
    することにより前記インサートの表面にガス出口通路を
    設ける工程とを 備えていることを特徴とする方法。
  34. 【請求項３４】鋳物の鋳造工程の間のガスの放出を負圧
    での引出しによって助長し又は生じさせることを特徴と
    する特許請求の範囲第27項に記載の耐熱物品の製造方
    法。
  35. 【請求項３５】鋳物の鋳造工程の間のガスの放出を負圧
    での引出しによって助長し又は生じさせることを特徴と
    する特許請求の範囲第32項に記載の耐熱物品の製造方
    法。
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