![\"Ductility](\"https:\/\/chiggofactory.com\/wp-content\/uploads\/2025\/09\/Ductility-Test.jpg\")
<\/figure>\n\n\n\nDuktilit\u00e4t ist die F\u00e4higkeit eines Materials, vor der Fraktur eine plastische Verformung in der Spannung zu unterziehen. In einfachen Worten kann ein duktiles Material einen langen Weg gestreckt werden, ohne zu schnappen - denken Sie, dass Kupfer in Draht gezogen wird. Im Gegensatz dazu neigen spr\u00f6de Materialien wie Glas dazu, nach sehr geringer Verformung zu knacken oder zu zerbrechen. In der Materialwissenschaft ist plastische Verformung eine dauerhafte Form\u00e4nderung. Dies unterscheidet sich von der elastischen Verformung, die beim Entfernen der Last wiederhergestellt werden kann. Die Duktilit\u00e4t h\u00e4ngt eng mit der Plastizit\u00e4t zusammen, aber genauer: Plastizit\u00e4t ist die allgemeine Kapazit\u00e4t f\u00fcr dauerhafte Verformungen im Rahmen eines beliebigen Modus (Spannung, Komprimierung oder Schere), w\u00e4hrend sich die Duktilit\u00e4t auf die Spannungskapazit\u00e4t bezieht.<\/p>\n\n\n\n
Aus atomarer Sicht stammt die hohe Duktilit\u00e4t vieler Metalle aus nicht-Richtung-metallischer Bindung und der Verf\u00fcgbarkeit von Schlupfsystemen, die es erm\u00f6glichen, sich zu bewegen. Bei der angewendeten Spannung l\u00e4sst der Versetzungsgleit metallische Kristalle die Plastikdehnung aufnehmen, sodass sich Metalle h\u00e4ufig eher biegen oder dehnen als Bruch. Im Gegensatz dazu haben Keramik und Glas richtungs ionische oder kovalente Bindungen und nur sehr begrenzt. Es sind jedoch nicht alle Metalle bei Raumtemperatur duktil (z. B. k\u00f6nnen einige BCC-Metalle, Hochkohlenstoffst\u00e4hle und Metallgl\u00e4ser relativ spr\u00f6de sein), und erhitzte Glasb\u00fccken haupts\u00e4chlich durch viskose Fluss \u00fcber seiner Glas\u00fcbergangstemperatur-nicht durch Duktilit\u00e4t im metallischen Stil.<\/p>\n\n\n\n
Messungen f\u00fcr Duktilit\u00e4t<\/h2>\n\n\n\n
Zugtests ist die h\u00e4ufigste M\u00f6glichkeit zur Quantifizierung der Duktilit\u00e4t: Eine Probe wird in einigialer Spannung auf Fraktur beladen, und die Duktilit\u00e4t wird als prozentuale Dehnung bei Unterbrechung und prozentuale Verringerung der Fl\u00e4che angegeben.<\/p>\n\n\n\n
- \n
- Prozentuale Dehnung bei der Pause (ein%)<\/strong><\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
Der prozentuale Anstieg der Messl\u00e4nge bei Fraktur: A% = (LF - L0)\/L0 \u00d7 100%, wobei L0 die urspr\u00fcngliche Messl\u00e4nge und LF die endg\u00fcltige L\u00e4nge bei Bruch ist. Ein h\u00f6herer A% zeigt eine h\u00f6here Zugduktilit\u00e4t an.<\/p>\n\n\n\n
- \n
- Prozentuale Reduzierung der Fl\u00e4che (RA%)<\/strong><\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
Die prozentuale Abnahme des Querschnitts am Frakturort: RA% = (A0-AF)\/A0 \u00d7 100%, wobei A0 die urspr\u00fcngliche Fl\u00e4che und AF ist die Mindestfl\u00e4che bei der Pause. Large RA% spiegelt ausgepr\u00e4gte Neckern und starke Duktilit\u00e4t nach dem Neckern wider. (Weniger empfindlich gegen\u00fcber der Messl\u00e4nge; nicht ideal f\u00fcr ein sehr d\u00fcnnes Blech.)<\/p>\n\n\n\n
Beide Ma\u00dfnahmen werden typischerweise als Teil eines Zugtests angegeben. Beispielsweise kann eine Stahlprobe als beispielsweise 20% Dehnung und 60% ige Verringerung der Fl\u00e4che bei der Pause beschrieben werden - was auf ein duktiles Verhalten hinweist. Im Gegensatz dazu k\u00f6nnte eine spr\u00f6de Keramik nur 1% Dehnung und im Wesentlichen um 0% der Fl\u00e4chenreduzierung aufweisen (es bricht fast ohne Ausd\u00fcnnung). Je gr\u00f6\u00dfer die Dehnung und Fl\u00e4chenreduzierung, desto duktiler das Material.<\/p>\n\n\n\n
Eine andere M\u00f6glichkeit zur Visualisierung der Duktilit\u00e4t ist eine Spannungs-Dehnungs-Kurve, die ein Diagramm ist, das aus dem Zugtest erhalten wird. Spannung (Kraft pro Fl\u00e4che der Einheit) wird gegen die Dehnung (relative Verformung) aufgetragen. Zu den wichtigsten Punkten zu dieser Kurve geh\u00f6ren:<\/p>\n\n\n\n
- \n
- Young's Modulus (e):<\/strong>die Steigung des linearen elastischen Bereichs; ein Ma\u00df f\u00fcr die Steifheit.<\/li>\n\n\n\n
- Ertragsst\u00e4rke (\u03c3\u1d67):<\/strong>Der Beginn der plastischen Verformung (oft definiert durch die 0,2% Offset -Methode, wenn kein scharfer Ertragspunkt vorliegt).<\/li>\n\n\n\n
- Ultimative Zugst\u00e4rke (UTS):<\/strong>die maximale technische Belastung. Jenseits der UTS die Exemplarh\u00e4lse; Fraktur erfolgt sp\u00e4ter, typischerweise bei einer geringeren technischen Belastung.<\/li>\n\n\n\n
- Frakturpunkt:<\/strong>wo das Exemplar schlie\u00dflich bricht.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
![\"stress-strain](\"https:\/\/chiggofactory.com\/wp-content\/uploads\/2025\/09\/stress-strain-curves-for-a-ductile-material-blue-versus-a-brittle-material-red-1024x731.png\")
Repr\u00e4sentative Spannungs-Dehnungs-Kurven f\u00fcr ein duktiles Material (blau) gegen\u00fcber einem spr\u00f6den Material (rot)<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n Die Kurve des duktilen Materials zeigt nachgab einen langen plastischen Bereich, was darauf hinweist, dass es vor der Fraktur eine gro\u00dfe Belastung aufrechterhalten kann. Im Gegensatz dazu endet die Kurve des spr\u00f6der Materials in der N\u00e4he des Ertragspunkts mit wenig bis gar keinem plastischen Bereich. Zusammenfassend ist die Duktilit\u00e4t in einem technischen Stress -Strain -Diagramm (f\u00fcr eine angegebene Messl\u00e4nge) durch die Gesamtdehnung des Bruchs widerspiegelt - f\u00fcr duktile Materialien, die f\u00fcr spr\u00f6de sind. Der scheinbare Bruchstamm h\u00e4ngt jedoch von der gew\u00e4hlten Messl\u00e4nge ab, und sobald das Neckern beginnt, ist die Deformation lokalisiert, sodass die technische Kurve kein direktes Ma\u00df f\u00fcr die Duktilit\u00e4t nach dem Nicking ist. Aus diesem Grund werden die Spezifikationen in der Regel prozentuale Dehnung bei Break (A%) zusammen mit einer prozentualen Reduzierung der Fl\u00e4che (RA%) angeben.<\/p>\n\n\n\n
Was ist der Unterschied zwischen Duktilit\u00e4t und Formbarkeit?<\/h2>\n\n\n\n
Duktilit\u00e4t ist die F\u00e4higkeit eines Materials, in Spannung zu dehnen, ohne zu brechen. Wir quantifizieren es mit prozentualer Verl\u00e4ngerung oder Verringerung der Fl\u00e4che gegen\u00fcber einem Zugtest. Wenn ein Metall in Draht gezogen werden kann, ist es duktil. Die Formbarkeit ist die F\u00e4higkeit eines Materials, in der Kompression zu verformen - um zu h\u00e4mmern, gerollt oder in Blatt gedr\u00fcckt zu werden - ohne Risse; Wir beurteilen es mit Biegung\/Abflachungs-\/Schr\u00f6pfen -Tests oder danach, wie viel Dickenreduzierung es tolerieren kann.<\/p>\n\n\n\n
In der Praxis: Gold, Kupfer und Aluminium sind sowohl hoch duktil und formbar (ideal f\u00fcr Draht und Blech). Blei ist sehr formbar, aber nur m\u00e4\u00dfig duktil (leicht zu einem Blatt, \u00e4rmer wie feiner Draht). Magnesium ist bei Raumtemperatur begrenzt, w\u00e4hrend das Zink beim Aufw\u00e4rmen formbarer wird. W\u00e4hlen Sie zur Herstellung duktile Legierungen zum Zeichnen, tiefes Dehnen und mit Ziehen dominierter Merkmale. W\u00e4hlen Sie formbare Legierungen zum Rollen, Stempeln und Schmieden, wo die Komprimierung dominiert. Temperatur- und Kristallstruktur verschieben beide Eigenschaften. Schnelle Regel: Duktilit\u00e4t = Spannung\/Kabel; Formbarkeit = Komprimierung\/Blatt.<\/p>\n\n\n\n
Warum Duktilit\u00e4t wichtig ist<\/h2>\n\n\n\n
Duktilit\u00e4t ist das ruhige Arbeitstier sowohl f\u00fcr die Herstellbarkeit als auch f\u00fcr die Sicherheit in der Dienstleistung. In der Fabrik k\u00f6nnen Metalle in ein Blatt gerollt, in Draht gezogen und geschmiedet werden, ohne zu knacken. Im Feld erm\u00f6glicht es Komponenten, Energie zu absorbieren, Spannungen umzusetzen und vor dem Versagen zu warnen.<\/p>\n\n\n\n
Duktile Materialien f\u00fcr die Herstellung<\/h3>\n\n\n\n
Hohe Duktilit\u00e4t bedeutet im Allgemeinen, dass ein Material praktikabel ist: Es kann geschmiedet, gerollt, gezogen oder in verschiedene Formen extrudiert werden, ohne zu knacken. Niedrige Duktilit\u00e4t (Spr\u00f6digkeit) bedeutet, dass das Material schwer zu verformen ist und besser f\u00fcr Prozesse wie Gie\u00dfen oder Bearbeitung geeignet ist (wobei das Material nicht gezwungen ist, die Form plastisch zu viel zu \u00e4ndern).<\/p>\n\n\n\n
Schmieden und Rollen:<\/strong>Diese Prozesse verformen festes Metall in Form - durch das H\u00e4mmern (Schmieden) oder das Durchgehen zwischen Rollen (Rollen). Duktile Metalle tolerieren die gro\u00dfen Plastikst\u00e4mme. In der Praxis werden Stahlplatten\/Bl\u00fcten in Blatt, Platte und strukturelle Formen wie I-Tr\u00e4ger hei\u00dfgeschnitten, und Aluminium wird leicht in Komponenten geschmiedet-das Metall flie\u00dft unter Drucklasten. Im Gegensatz dazu neigen spr\u00f6de Legierungen wie Gusseisen unter starker Verformung, sodass sie normalerweise durch Gie\u00dfen in die Form von nahezu Netz geformt werden.<\/p>\n\n\n\n
Extrusion und Draht\/Balkenzeichnung:<\/strong>Extrusion dr\u00fcckt Metall durch einen W\u00fcrfel, um lange Produkte mit konstanter Kreude herzustellen. Draht\/Stabszeichnung zieht feste Lagerbest\u00e4nde durch einen W\u00fcrfel, um den Durchmesser zu verringern. Beide verlassen sich auf den Plastikfluss. Duktile Legierungen wie Aluminium, Kupfer und kohlenstoffarme Stahl k\u00f6nnen in R\u00f6hrchen und Profile (z. B. Fensterrahmen, W\u00e4rmeklappenabschnitte) extrudiert und in feine elektrische Draht gezogen werden. Materialien ohne ausreichende Duktilit\u00e4t bei der Verarbeitungstemperatur pr\u00fcfen oder knacken Sie die W\u00fcrfel, weshalb Glas oder Keramik im Festzustand nicht extrudiert\/gezogen werden. Ihre Fasern sind stattdessen geschmolzen.<\/p>\n\n\n\n
Tiefe Zeichnung:<\/strong>Tiefe Zeichnung bildet axisymmetrische Tassen und Dosen, indem er Blatt mit einem Schlag in einen W\u00fcrfel zwingt; Der Flansch ern\u00e4hrt sich nach innen, w\u00e4hrend die W\u00e4nde leicht d\u00fcnnen. Eine angemessene Duktilit\u00e4t verhindert die Aufteilung und Falten. Aluminium-Getr\u00e4nk-Can-K\u00f6rper sind das klassische Beispiel.<\/p>\n\n\n\n
Blatt-Metall-Biegung & Stempeln:<\/strong>Allgemeines Biegen und Stempeln von K\u00f6rperpaneelen und Geh\u00e4usen Nachfrage Duktilit\u00e4t, um das R\u00fccken und das Orangen-Peuen zu vermeiden, wenn das Blatt in der W\u00fcrfel gestreckt ist. Stahl- und Aluminiumnoten sind auf Formbarkeitsf\u00e4higkeit zugeschnitten, so dass komplexe Formen (z. B. eine Autohaube) ohne Ausfall gestempelt werden k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n
Metall 3D -Druck (AM):<\/strong>Duktilit\u00e4t ist immer noch wichtig. Asgedruckte Teile-insbesondere von Laserpulverbettfusion (LPBF)-k\u00f6nnen aufgrund feiner, strukturierter Mikrostrukturen, Restspannungen und Porosit\u00e4t eine verringerte Duktilit\u00e4t aufweisen. Stressabbau und hei\u00dfes isostatisches Pressen (HIP), h\u00e4ufig gefolgt von einer leichten W\u00e4rmebehandlung, der Duktilit\u00e4t wiederhergestellt und das Rissrisiko verringert; Legierungen wie Ti-6Al-4V und AlSI10mg k\u00f6nnen dann eine n\u00fctzliche In-Service-Duktilit\u00e4t liefern.<\/p>\n\n\n\n
Duktile Materialien f\u00fcr reale Anwendungen<\/h3>\n\n\n\n
Duktilit\u00e4t ist nicht nur eine Labormetrik, sondern wirkt sich direkt auf die Leistung in realen Strukturen, Fahrzeugen und Ger\u00e4ten aus. Hier ist der Grund, warum es f\u00fcr Ingenieurwesen und Design wichtig ist:<\/p>\n\n\n\n
Verhindern pl\u00f6tzlicher Versagen und Verbesserung der Sicherheit:<\/strong>Duktile Materialien scheitern allm\u00e4hlich: Sie ergeben und absorbieren Energie vor der Fraktur, liefern sichtbare Warnung und erm\u00f6glichen die Umverteilung von Lasten. In den Geb\u00e4uden wird aus diesem Grund struktureller Stahl bevorzugt - ein \u00fcberlasteter Strahl wird sich eher biegen als zu schnappen. Stahlbeton folgt der gleichen Logik: Eingebetteter Stahlbewusstsein f\u00fcgt Duktilit\u00e4t hinzu, sodass sich die Mitglieder unter seismischer Nachfrage biegen k\u00f6nnen, anstatt auseinander zu knacken.<\/p>\n\n\n\n
Energieabsorption bei Auswirkungen (seismische und Crash -Anwendungen):<\/strong>Bei dynamischen Belastungen verwandelt die Duktilit\u00e4t die Wirkung Energie in plastische Arbeiten. Stahlrahmen l\u00f6sen Erdbebenkr\u00e4fte durch Nachgeben und Automobilzonen in Stahl oder Aluminium falten auf kontrollierte Weise zur niedrigeren Kabinenabbrandung. Moderne K\u00f6rperstrukturen Gleichgewichtsfestigkeit mit Duktilit\u00e4t (z. B. DP\/Trip-St\u00e4hlen) und Luft- und Raumfahrt-Al\/Ti-Legierungen behalten genug Duktilit\u00e4t f\u00fcr Vogelstriche, Druck- und Kalt-Soak-Toleranz.<\/p>\n\n\n\n
Strukturelle Belastbarkeit und Redundanz:<\/strong>Duktile Systeme k\u00f6nnen nach der lokalen Ermittlung die Belastung weiter tragen, indem sie Spannungen auf benachbarte Mitglieder ausbreiten und die Wahrscheinlichkeit eines progressiven Zusammenbruchs verringern. Aus diesem Grund verwenden Br\u00fccken duktile St\u00e4hle und warum Pipelines und Kabel eher unter Bodenbewegung oder \u00dcberlastung als unter Bruch biegen oder dellen.<\/p>\n\n\n\n
Faktoren, die die Duktilit\u00e4t beeinflussen<\/h2>\n\n\n\n
Die Duktilit\u00e4t wird unter allen Bedingungen nicht festgelegt. Hier sind die Hauptfaktoren, die es beeinflussen:<\/p>\n\n\n\n
Temperatur:<\/strong>Die Duktilit\u00e4t ist stark temperaturabh\u00e4ngig. H\u00f6here Temperaturen erh\u00f6hen die Atommobilit\u00e4t und die Versetzungsbewegung und erm\u00f6glichen den plastischen Fluss; Niedrigere Temperaturen schr\u00e4nken die Bewegung ein und f\u00f6rdern das Rissen vom Spalt. Viele BCC-Metalle (z. B. bestimmte St\u00e4hle) haben eine duktile \u00dcbergangstemperatur (DBTT)-bis \u200b\u200bsie duktil bleiben; Darunter k\u00f6nnen sie pl\u00f6tzlich brechen. Ein klassisches Beispiel ist Stahlstahl: Bei Umgebungstemperaturen kann es sich biegen, aber bei sehr niedrigen Temperaturen kann es brechen. Ingenieure halten daher die Servicetemperaturen \u00fcber der DBTT oder geben Niedrigtemperaturstufen an. Im Gegensatz dazu fehlt den meisten FCC -Metallen (z. B. Aluminium, Kupfer) ein scharfer DBTT und bleiben auch bei kaltem duktil.<\/p>\n\n\n\n
Komposition und Legierung:<\/strong>Die vorhandenen Elemente und die Phasen, die sie bilden, beeinflussen die Duktilit\u00e4t stark. Reine Metalle wie Gold, Kupfer und Aluminium sind typischerweise sehr duktil. Das Hinzuf\u00fcgen von Stoffen oder die Erzeugung harter zweiter Phasen erh\u00f6ht die St\u00e4rke, verringert jedoch h\u00e4ufig die Duktilit\u00e4t, indem sie die Versetzungsbewegung behindert. Bei Kohlenstoffst\u00e4hlen bleiben niedrige Kohlenstoffqualit\u00e4t formbar, w\u00e4hrend hohe Kohlenstoff- und Werkzeugst\u00e4hle viel weniger duktil sind, sofern nicht gemildert. Spurenverunreinigungen verlegen auch Stahl: Schwefel kann hei\u00dfe K\u00fcrze verursachen, und Phosphor kann kaltverspracher Verspritzung verursachen. Die W\u00e4rmebehandlung passt das Gleichgewicht an: Quenched Martensit ist stark, hat jedoch eine geringe Duktilit\u00e4t, bis das Tempern die Duktilit\u00e4t wiederherstellt. Metallische Brillen veranschaulichen die Grenze; Sie sind sehr stark und doch normalerweise spr\u00f6de, weil Kristallschlupf fehlt.<\/p>\n\n\n\n
Kristallstruktur und Schlupfsysteme:<\/strong>Die Duktilit\u00e4t spiegelt wider, wie sich leicht Versetzungen bewegen. FCC-Metalle wie Aluminium, Kupfer, Nickel und Gold haben viele aktive Schlupfsysteme und bleiben auch bei niedrigen Temperaturen duktil, ohne dass der \u00dcbergang von Duktil zu Brittle. BCC-Metalle wie ferritische St\u00e4hle, Chrom und Wolfram ben\u00f6tigen eine thermische Aktivierung f\u00fcr den Schlupf und zeigen h\u00e4ufig einen \u00dcbergang von Duktil zu Brittle, so HCP -Metalle wie Magnesium, Zink und Titan bei Raumtemperatur haben weniger Schlupfsysteme. Ohne Zwilling oder erh\u00f6hte Temperatur verformen sie sich schlecht und k\u00f6nnen knacken. Im Allgemeinen bedeuten mehr verf\u00fcgbare Slip-Systeme eine h\u00f6here inh\u00e4rente Duktilit\u00e4t und eine bessere Leistung mit niedriger Temperatur.<\/p>\n\n\n\n
Strukturelle Belastbarkeit und Redundanz:<\/strong>Duktile Systeme k\u00f6nnen nach der lokalen Ermittlung die Belastung weiter tragen, indem sie Spannungen auf benachbarte Mitglieder ausbreiten und die Wahrscheinlichkeit eines progressiven Zusammenbruchs verringern. Aus diesem Grund verwenden Br\u00fccken duktile St\u00e4hle und warum Pipelines und Kabel eher unter Bodenbewegung oder \u00dcberlastung als unter Bruch biegen oder dellen.<\/p>\n\n\n\n
Duktilit\u00e4t in den heutigen fortschrittlichen Materialien<\/h2>\n\n\n\n
Fortgeschrittene Materialien sehen sich vor einem klassischen Kompromiss zwischen Kraft und Entf\u00fchrung aus: Wenn wir die Festigkeit steigern-VIA Getreideverfeinerung oder mikrostrukturelle H\u00e4rtung-verlieren die meisten Legierungen die Duktilit\u00e4t und werden anf\u00e4llig f\u00fcr pl\u00f6tzliche Frakturen. Die Forscher sprechen dies mit drei Hauptstrategien an. Erstens kombinieren heterogene und nano-lamellare Architekturen ultra-starken Regionen mit konformeren, abbl\u00fchenden Rissen und gleichzeitig die Festigkeit; Einige Systeme \u00fcberschreiten jetzt 2 GPA in Zugfestigkeit mit einer Dehnung von ~ 15\u201316%. Zweitens sind Ausl\u00f6se-\/Twip-Legierungen (Transformation-\/Twinning-induzierte Plastizit\u00e4t) Phasentransformation oder Twinning w\u00e4hrend der Verformung, um Energie zu absorbieren, was eine hohe Festigkeit mit erheblicher Dehnung liefert-ideal f\u00fcr Crashworthy Automotive Structures. Drittens haben Hochentropielegierungen (z. B. crmnfeconi) bei kryogenen Temperaturen au\u00dfergew\u00f6hnliche Z\u00e4higkeit und fordern die Vorstellung in Frage, dass \u201eK\u00e4lte spr\u00f6de\u201c bedeutet. Architierte Gitter und Metallmatrix-Kompositen f\u00fcgen einen Entwurfshebel mit Geometrie und Verst\u00e4rkung hinzu, um das Gleichgewicht weiter zu stimmen. Warum es wichtig ist: Die \u00dcberwindung dieses Kompromisses erm\u00f6glicht leichtere, sicherere Autos und Flugzeuge, widerstandsf\u00e4higere Geb\u00e4ude und Materialien, die sich immer noch zuverl\u00e4ssig bilden, schwei\u00dfen und maschinell sind. Kurz gesagt, in der Zukunft der Duktilit\u00e4t geht es um Struktur - von der Nanoskala bis zur Teilskala.<\/p>\n\n\n\n
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Duktilit\u00e4t ist ein grundlegendes Konzept in der Materialwissenschaft, das erkl\u00e4rt, warum einige Materialien (wie Metalle) sich erheblich unter Stress biegen oder sich erheblich ausdehnen k\u00f6nnen, w\u00e4hrend andere (wie Glas) pl\u00f6tzlich schnappen. In diesem Artikel werden wir erkl\u00e4ren, was Duktilit\u00e4t ist, wie es gemessen wird, warum es wichtig ist und welche Faktoren sie beeinflussen. Definition der […]<\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":3919,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"inline_featured_image":false,"footnotes":""},"categories":[1],"tags":[],"class_list":["post-3916","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-uncategorized"],"yoast_head":"\n
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