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1、實(shí)驗(yàn)二 金屬硬度的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉各種硬度計(jì)的構(gòu)造原理、使用方法。2、熟悉各種硬度計(jì)的應(yīng)用范圍,并根據(jù)試樣條件選擇合適的試驗(yàn)方法。二、原理概述 硬度是測(cè)量金屬表面在微小區(qū)域抵抗壓入塑性變形的能力,它綜合的反映了在壓痕附近局部體積內(nèi)金屬的彈性,微量變形抗力、塑變強(qiáng)化能力和大量塑變抗力。是應(yīng)用廣泛的一種試驗(yàn),和其它機(jī)械試驗(yàn)比較,有簡(jiǎn)單迅速,不太傷材料可作為成品檢查等優(yōu)點(diǎn),而且它和強(qiáng)度有一定的關(guān)系。 金屬材料硬度以壓入法應(yīng)用最廣,壓入法的原理是利用高硬度鋼球,金剛圓錐或角錐,以一定壓力壓入被測(cè)金屬表面,得到一個(gè)壓痕,然后除去載荷,測(cè)壓痕的直徑,用對(duì)角線的寬度的大小來(lái)確定硬度。鋼球或金剛石錐體
2、稱為壓頭,所加壓力稱為載荷。壓入法有布氏法、洛氏法和顯微維氏硬度法三種,下面介紹三種硬度試驗(yàn)的原理和儀器的使用規(guī)則。(1) 布氏硬度法布氏硬度試驗(yàn)系用一定直徑的鋼球,以規(guī)定的負(fù)荷壓入試驗(yàn)材料的表面(見(jiàn)表9),經(jīng)規(guī)定保荷時(shí)間后卸除負(fù)荷,用讀數(shù)顯微鏡量試樣表面的壓痕直徑,計(jì)算試樣上鋼球壓痕之球形面積所承受的平均壓力(公斤毫米2),即布氏硬度值,亦可查表。計(jì)算公式為:HB=2PD(D-D2-d2) 式中P為負(fù)荷(Kg) D為鋼球直徑(mm) d為壓痕直徑(mm)布氏硬度的符號(hào)用D=10mm,P=3000Kg,負(fù)荷時(shí)間為10秒所測(cè)得的硬度以HB表示,如HB=450。若其它試驗(yàn)條件下,符號(hào)以相應(yīng)指數(shù)注明
3、鋼球直徑、負(fù)荷大小及保荷時(shí)間。例如,HB=2.5/187.5/30=216,即表示用2.5mm的鋼球,在負(fù)荷187.5Kg保荷30秒測(cè)得的布氏硬度值為216.鋼球直徑D,負(fù)荷大小P與保荷時(shí)間t應(yīng)根據(jù)試樣預(yù)期硬度和厚度按表1選擇。表1 試樣厚度、硬度范圍與載荷選擇材料硬度范圍(HB)試樣厚度(mm)P與D關(guān)系D(mm)P(Kg)T(s)黑色金屬140-4506-3P=30D2103000104-2575022.5187.51406P=10D21010006-3525032.562.5有色金屬1306-3P=30D2103000304-2575022.5187.536-1309-3P=10D210
4、10006-3525032.5187.58-356P=2.5D210250606-3562.532.515.6布氏硬度計(jì)的使用 l.安裝壓頭與工作臺(tái) 按表1選擇壓頭,用汽油清洗鋼球,用棉花或紗布擦拭干凈,裝入主軸襯套內(nèi),旋緊固定螺釘使其輕輕壓于壓頭固定桿扁平處,然后把工作臺(tái)裝在工作臺(tái)立柱上,將試樣平穩(wěn)地安放在工件臺(tái)上。轉(zhuǎn)動(dòng)手輪使工作臺(tái)緩緩上升,試樣與壓頭接觸手輪至與螺母產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng),最后將壓頭緊固螺釘壓緊于固定桿的扁平處。 2選擇負(fù)荷 按表(1)選擇負(fù)荷,砝碼吊架掛在大杠桿尾部刀刃上,負(fù)荷數(shù)為187. 5Kg,加上62.5Kg砝碼就形成250Kg負(fù)荷,加上500公斤砝碼就形成750公斤負(fù)荷以此
5、類推。 3選擇保荷時(shí)間 按表(1)選擇好保荷時(shí)間后,將壓緊螺釘19松開(kāi),把圓盤內(nèi)的彈簧定位器旋轉(zhuǎn)到所壓緊螺釘松開(kāi)程度,能保證圓盤作回轉(zhuǎn)調(diào)控即可。 4正式試驗(yàn) 以上準(zhǔn)備就緒后,首先打開(kāi)電源開(kāi)關(guān),接通電源。此時(shí)電源指示燈亮,然后啟動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān),立即做好擰緊壓緊螺釘?shù)臏?zhǔn)備,在加荷指示燈亮的同時(shí)迅速擰緊,使圓盤一起隨曲柄回轉(zhuǎn)至自動(dòng)反向和停止運(yùn)轉(zhuǎn)為止,從加荷指示燈亮到熄滅為全負(fù)荷保持時(shí)間。 5檢驗(yàn)并確定試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)束后,轉(zhuǎn)動(dòng)手輪,取下試樣,用讀數(shù)顯微鏡測(cè)量試樣壓痕直徑,查表確定硬度值。維氏硬度維氏硬度試驗(yàn)是用負(fù)荷施加于頂角為136度的金剛石角錐壓頭上,其硬度是以壓頭在試樣上所留下壓痕面積除負(fù)荷來(lái)確定。單
6、位面積承受的負(fù)荷越大,則硬度越高。其計(jì)算公式如下:HV=2Psin2d2=1.8544Pd2P:負(fù)荷(Kg):金剛石角錐相對(duì)兩面夾角(136°)d:壓痕兩對(duì)角線的平均值維氏硬度計(jì)構(gòu)造見(jiàn)圖(Il) 試驗(yàn)前的準(zhǔn)備:1)硬度計(jì)精度檢查及試驗(yàn)準(zhǔn)備。在試驗(yàn)前,空載啟動(dòng)硬度計(jì),檢查各部機(jī)構(gòu)動(dòng)作情況,然后用二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)硬度塊檢查試值精度,同時(shí)調(diào)整好保荷時(shí)間(不少于10秒),同時(shí)檢查光學(xué)測(cè)微計(jì)在分劃刻板線與指示刻板線重合時(shí),螺旋百分筒是否對(duì)零,壓痕是否清晰。試樣表面應(yīng)光滑平坦,表面光潔度不低于6,表面光潔度越高,硬度值越精確.負(fù)荷選擇應(yīng)根據(jù)試樣厚度,預(yù)計(jì)硬度和硬化層深度來(lái)選擇,為使結(jié)果更精確,盡可能采用
7、相同負(fù)荷厚度選擇條件見(jiàn)表(2)表2 試樣厚度與對(duì)角線長(zhǎng)度關(guān)系金屬試驗(yàn)層厚度(mm)對(duì)角線長(zhǎng)度不大于(mm)測(cè)定下列硬度最大允許值HV=600HV=400HV=2000.20.133不大于50.30.2不大于10不大于50.40.266不大于20不大于10不大于50.50.333不大于30不大于20不大于100.60.4不大于50不大于30不大于200.70.466不大于50不大于30不大于300.80.533不大于50不大于50不大于300.90.6不大于50不大于50不大于3010.666不大于50不大于50不大于30 如果試件硬度HV>500時(shí),不允許選用大于50公斤的負(fù)荷。試驗(yàn)表面
8、熱處理試件時(shí),表面處理層愈薄,負(fù)荷應(yīng)愈小。如表面層進(jìn)行試驗(yàn)。如果其中某一負(fù)荷硬度增加或減少,表示表層已被壓穿,表示表層已被壓穿,應(yīng)選用小一級(jí)的負(fù)荷。選好負(fù)荷后,則將硬度許砝碼變換手柄轉(zhuǎn)到所需位置。試驗(yàn)程序 17 將手柄34壓至水平位置,使硬度計(jì)處于預(yù)工作狀態(tài)。 轉(zhuǎn)動(dòng)手柄23使其對(duì)準(zhǔn)已選好的負(fù)荷。 向左轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤18,使壓頭轉(zhuǎn)到工作臺(tái)中心位置,手推不動(dòng)轉(zhuǎn)盤18為止。 將試件平穩(wěn)地放在工作臺(tái)上,旋轉(zhuǎn)手輪35升起工作臺(tái),至試件與保護(hù)套接觸為止。 向左平推手柄34,使負(fù)荷作用到試件上(指示燈亮)。 指示燈熄滅后(表示負(fù)荷已卸去),逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)手輪35使試件脫離金剛石壓頭(約17mm). 手柄48向右轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)
9、盤18(轉(zhuǎn)不動(dòng)為止),使物鏡對(duì)準(zhǔn)壓痕并轉(zhuǎn)動(dòng)手輪使試面(壓痕)處于物鏡焦面(能清晰看見(jiàn)壓痕為止)。 測(cè)量壓痕,移開(kāi)測(cè)微計(jì)的兩刻線尺,使其距離大于壓痕對(duì)角線,移動(dòng)左刻線接觸壓痕的一角,再移動(dòng)右刻線,使之由外向里接觸壓痕的另一角,壓痕大小的讀數(shù):先讀出分刻板上被壓痕蓋住的完整格數(shù),再讀出百分筒上的格數(shù),兩者相加為對(duì)角線長(zhǎng)度。例:被壓痕蓋住的刻線格數(shù)為4格,百分筒的格數(shù)為43格,則0.4+0.043=0.443mm即為壓痕長(zhǎng)度。將測(cè)微目鏡轉(zhuǎn)90度。測(cè)另一對(duì)角線長(zhǎng)度,取兩對(duì)角線長(zhǎng)度的平均值,即為壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度。根據(jù)已得出的壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度和所用負(fù)荷查表得出硬度值。(附錄4)(3)洛氏硬度 洛氏硬度測(cè)定是通
10、過(guò)金剛石壓錐(120°)或鋼球壓頭(1.588mm即116”)在10公斤的初負(fù)荷和60、100或150公斤總負(fù)荷(初負(fù)荷加主負(fù)荷)先后作用下壓入試樣,在卸去主負(fù)荷而保留初負(fù)荷時(shí)的壓入深度h3與初負(fù)荷壓入深度h1之差h= h3-h1來(lái)表示硬度。(如圖1)深度差越大,硬度越低。在實(shí)際應(yīng)用中,為了使硬的試件得出的硬度值與軟試件得出的硬度值符合一般的習(xí)慣,因此試件硬度值須用下面的公司加以適當(dāng)變換,即:HR=K-h3-h1e式中:K為常數(shù):采用金剛石壓錐時(shí)K=100;如圖1 洛氏硬度計(jì)測(cè)量示意圖采用鋼球壓頭時(shí)K=130e為一常數(shù),表示指示器一格是相當(dāng)于壓頭壓入試件的深度,e恒等于0.002mm
11、。 洛氏硬度的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖(13) 硬度計(jì)的使用 試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作 試件的準(zhǔn)備:試件厚度不小于印痰深度的10倍、表面必須光潔平坦。 工作臺(tái)選擇:工作臺(tái)必須保證試件穩(wěn)妥的置于其上,并使被試表面與主軸壓頭垂直。隨機(jī)工作臺(tái)不能滿足時(shí),應(yīng)根據(jù)試件設(shè)計(jì)特殊專用工作臺(tái)。隨機(jī)工作臺(tái)不能滿足時(shí),應(yīng)根據(jù)試件設(shè)計(jì)特殊專用j棒守。 負(fù)荷選擇及變換:硬度計(jì)有三個(gè)砝碼,分別是A、B、C。做HRA時(shí)只用A砝碼做HRB時(shí)用A,B兩砝碼,做HRC時(shí)則A,BC三個(gè)砝碼使用。 壓頭的安裝:在安裝前,壓頭應(yīng)清理干凈。壓頭的緊固是用一個(gè)緊固螺帽可靠的背緊在主軸上。緊固時(shí)首先按按5插入立軸鍵槽中,同時(shí)擰緊緊固螺帽背緊壓頭,然后稍轉(zhuǎn)動(dòng)主軸使
12、按鈕跳出,否則將會(huì)與主軸產(chǎn)生摩擦而影響試驗(yàn)精度 試驗(yàn)程序由現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)三、實(shí)驗(yàn)與分析1、試樣:淬火鋼樣1個(gè)、Q235鋼樣1個(gè)2、實(shí)驗(yàn)過(guò)程(1)淬火鋼樣測(cè)洛氏硬度值(2)Q235鋼樣測(cè)布氏硬度 3、實(shí)驗(yàn)報(bào)告分析測(cè)出壓痕直徑分別通過(guò)查表法和計(jì)算法得出布氏硬度值,比較誤差。壓痕直徑與布氏硬度對(duì)照表壓痕直徑d/mm(d10、2d5或4d2.5)以下載荷下布氏硬度HBW壓痕直徑d/mm(d10、2d5或4d2.5)以下載荷下布氏硬度HBW壓痕直徑d/mm(d10、2d5或4d2.5)以下載荷下布氏硬度HBW30D210D22.5D230D210D22.5D230D210D22.5D22.40 653 218
13、 54.5 2.72 507 169 42.2 3.36 3.04 404 135 2.41 648 216 54.0 2.73 503 168 41.9 3.37 3.05 401 134 2.42 643 214 53.5 2.74 499 166 41.6 3.38 3.06 398 133 2.43 637 212 53.1 2.75 495 165 41.3 3.39 3.07 395 132 2.44 632 211 52.7 2.76 492 164 41.0 3.40 3.08 393 131 2.45 627 209 52.2 2.77 488 163 40.7 3.41 3
14、.09 390 130 2.46 621 207 51.8 2.78 485 162 40.4 3.42 3.10 388 129 2.47 616 205 51.4 2.79 481 160 40.1 3.43 3.11 385 128 2.48 611 204 50.9 2.80 477 159 39.8 3.44 3.12 383 128 2.49 606 202 50.5 2.81 474 158 39.5 3.45 3.13 380 127 2.50 601 200 50.1 2.82 471 157 39.2 3.46 3.14 378 126 2.51 597 199 49.7
15、2.83 467 156 38.9 3.47 3.15 375 125 2.52 592 197 49.3 2.84 464 155 38.7 3.48 3.16 373 124 2.53 587 196 48.9 2.85 461 154 38.4 3.49 3.17 370 123 2.54 582 194 48.5 2.86 457 152 38.1 3.50 3.18 368 123 2.55 578 193 48.1 2.87 454 151 37.8 3.51 3.19 366 122 2.56 578 191 47.8 2.88 451 150 37.6 3.52 3.20 36
16、3 121 2.57 569 190 47.4 2.89 448 149 37.3 3.53 3.21 361 120 2.58 564 188 47.0 2.90 444 148 37.0 3.54 3.22 359 120 2.59 560 187 46.6 2.91 441 147 36.8 3.55 3.23 356 119 2.60 555 185 46.3 2.92 438 146 36.5 3.56 3.24 354 118 2.61 551 184 45.9 2.93 435 145 36.3 3.57 3.25 352 117 2.62 547 182 45.6 2.94 4
17、32 144 36.0 3.58 3.26 350 117 2.63 543 181 45.2 2.95 429 143 35.8 3.59 3.27 347 116 2.64 538 179 44.9 2.96 426 142 35.5 3.60 3.28 345 115 2.65 534 178 44.5 2.97 423 141 35.3 3.61 3.29 343 114 2.66 530 177 44.2 2.98 420 140 35.0 3.62 3.30 341 114 2.67 526 175 43.8 2.99 417 139 34.8 3.63 3.31 339 113
18、2.68 522 174 43.5 3.00 415 138 34.6 3.64 3.32 337 112 2.69 518 173 43.2 3.01 412 137 34.3 3.65 3.33 335 112 2.70 514 171 42.9 3.02 109 136 34.1 3.66 3.34 333 111 2.71 510 170 42.5 3.03 406 135 33.9 3.67 3.35 331 110 壓痕直徑與布氏硬度對(duì)照表壓痕直徑d/mm(d10、2d5或4d2.5)以下載荷下布氏硬度HBW壓痕直徑d/mm(d10、2d5或4d2.5)以下載荷下布氏硬度HBW壓痕
19、直徑d/mm(d10、2d5或4d2.5)以下載荷下布氏硬度HBW30D210D22.5D230D210D22.5D230D210D22.5D23.36 329 110 27.4 3.68 272 90.7 22.7 4.00 229 76.3 19.1 3.37 326 109 27.2 3.69 271 90.2 22.6 4.01 228 75.9 19.0 3.38 325 108 27.0 3.70 269 89.7 22.4 4.02 226 75.5 18.9 3.39 323 108 26.9 3.71 268 89.2 22.3 4.03 225 75.1 18.8 3.40
20、 321 107 26.7 3.72 266 88.7 22.2 4.04 224 74.7 18.7 3.41 319 106 26.6 3.73 265 88.2 22.1 4.05 223 74.3 18.6 3.42 317 106 26.4 3.74 263 87.7 21.9 4.06 222 73.9 18.5 3.43 315 105 26.2 3.75 262 87.2 21.8 4.07 221 73.5 18.4 3.44 313 104 26.1 3.76 260 86.8 21.7 4.08 219 73.2 18.3 3.45 311 104 25.9 3.77 2
21、59 86.3 21.6 4.09 218 72.8 18.2 3.46 309 103 25.8 3.78 257 85.8 21.5 4.10 217 72.4 18.1 3.47 307 102 25.6 3.79 256 85.3 21.3 4.11 216 72.0 18.0 3.48 306 102 25.5 3.80 255 84.9 21.2 4.12 215 71.7 17.9 3.49 304 101 25.3 3.81 253 84.4 21.1 4.13 214 71.3 17.8 3.50 302 101 25.2 3.82 252 83.9 21.0 4.14 21
22、3 71.0 17.7 3.51 300 100 25.0 3.83 250 83.5 20.9 4.15 212 70.6 17.6 3.52 298 99.5 24.9 3.84 249 83.0 20.8 4.16 211 70.2 17.6 3.53 297 98.9 24.7 3.85 248 82.6 20.6 4.17 210 69.9 17.5 3.54 295 98.3 24.6 3.86 246 82.1 20.5 4.18 209 69.5 17.4 3.55 293 97.7 24.4 3.87 245 81.7 20.4 4.19 208 69.2 17.3 3.56
23、 292 97.2 24.3 3.88 244 81.3 20.3 4.20 207 68.8 17.2 3.57 290 96.6 24.2 3.89 242 80.8 20.2 4.21 205 68.5 17.1 3.58 288 96.1 24.0 3.90 241 80.4 20.1 4.22 204 68.2 17.0 3.59 286 95.5 23.9 3.91 240 80.0 20.0 4.23 203 67.8 17.0 3.60 285 95.0 23.7 3.92 239 79.5 19.9 4.24 202 67.5 16.9 3.61 283 94.4 23.6
24、3.93 237 79.1 19.8 4.25 201 67.1 16.8 3.62 282 93.9 23.5 3.94 236 78.7 19.7 4.26 200 66.8 16.7 3.63 280 93.3 23.3 3.95 235 78.3 19.6 4.27 199 66.5 16.6 3.64 278 92.8 23.2 3.96 234 77.9 19.5 4.28 198 66.2 16.5 3.65 277 92.3 23.1 3.97 232 77.5 19.4 4.29 198 65.8 16.5 3.66 275 91.8 22.9 3.98 231 77.1 1
25、9.3 4.30 197 65.5 16.4 3.67 274 91.2 22.8 3.99 230 76.7 19.2 4.31 196 65.2 16.3 壓痕直徑與布氏硬度對(duì)照表壓痕直徑d/mm(d10、2d5或4d2.5)以下載荷下布氏硬度HBW壓痕直徑d/mm(d10、2d5或4d2.5)以下載荷下布氏硬度HBW壓痕直徑d/mm(d10、2d5或4d2.5)以下載荷下布氏硬度HBW30D210D22.5D230D210D22.5D230D210D22.5D24.32 195 64.9 16.2 4.64 167 55.8 13.9 4.96 145 48.3 12.1 4.33 19
26、4 64.6 16.1 4.65 167 55.5 13.9 4.97 144 48.1 12.0 4.34 193 64.2 16.1 4.66 166 55.3 13.8 4.98 144 47.9 12.0 4.35 192 63.9 16.0 4.67 165 55.0 13.8 4.99 143 47.7 11.9 4.36 191 63.6 15.9 4.68 164 54.8 13.7 5.00 143 47.5 11.9 4.37 190 63.3 15.8 4.69 164 54.5 13.6 5.01 142 47.3 11.8 4.38 189 63.0 15.8 4.7
27、0 163 54.3 13.6 5.02 141 47.1 11.8 4.39 188 62.7 15.7 4.71 162 54.0 13.5 5.03 141 46.9 11.7 4.40 187 62.4 15.6 4.72 161 53.8 13.4 5.04 140 46.7 11.7 4.41 186 62.1 15.5 4.73 161 53.5 13.4 5.05 140 46.5 11.6 4.42 185 61.8 15.5 4.74 160 53.3 13.3 5.06 139 46.3 11.6 4.43 185 61.5 15.4 4.75 159 53.0 13.3
28、 5.07 138 46.1 11.5 4.44 184 61.2 15.3 4.76 158 52.8 13.2 5.08 138 45.9 11.5 4.45 183 60.9 15.2 4.77 158 52.6 13.1 5.09 137 45.7 11.4 4.46 182 60.6 15.2 4.78 157 52.3 13.1 5.10 137 45.5 11.4 4.47 181 60.4 15.1 4.79 156 52.1 13.0 5.11 136 45.3 11.3 4.48 180 60.1 15.0 4.80 156 51.9 13.0 5.12 135 45.1
29、11.3 4.49 179 59.8 14.9 4.81 155 51.6 12.9 5.13 135 45.0 11.2 4.50 179 59.5 14.9 4.82 154 51.4 12.9 5.14 134 44.8 11.2 4.51 179 59.2 14.8 4.83 154 51.2 12.8 5.15 134 44.6 11.1 4.52 177 59.0 14.7 4.84 153 51.0 12.7 5.16 133 44.4 11.1 4.53 176 58.7 14.7 4.85 152 50.7 12.7 5.17 133 44.2 11.1 4.54 175 5
30、8.4 14.6 4.86 152 50.5 12.6 5.18 132 44.0 11.0 4.55 174 58.1 14.5 4.87 151 50.3 12.6 5.19 132 43.8 11.0 4.56 174 57.9 14.5 4.88 150 50.1 12.5 5.20 131 43.7 10.9 4.57 173 57.6 14.4 4.89 150 49.8 12.5 5.21 130 43.5 10.9 4.58 172 57.3 14.3 4.90 149 49.6 12.4 5.22 130 43.3 10.8 4.59 171 57.1 14.3 4.91 1
31、48 49.4 12.4 5.23 129 43.1 10.8 4.60 170 56.8 14.2 4.92 148 49.2 12.3 5.24 129 42.9 10.7 4.61 170 56.5 14.1 4.93 147 49.0 12.2 5.25 128 42.8 10.7 4.62 169 56.3 14.1 4.94 146 48.8 12.2 5.26 128 42.6 10.6 4.63 168 56.0 14.0 4.95 146 48.6 12.1 5.27 127 42.4 10.6 壓痕直徑與布氏硬度對(duì)照表壓痕直徑d/mm(d10、2d5或4d2.5)以下載荷下
32、布氏硬度HBW壓痕直徑d/mm(d10、2d5或4d2.5)以下載荷下布氏硬度HBW壓痕直徑d/mm(d10、2d5或4d2.5)以下載荷下布氏硬度HBW30D210D22.5D230D210D22.5D230D210D22.5D25.28 127 42.2 10.6 5.60 111 37.1 9.28 5.92 98.4 32.8 8.20 5.29 126 42.1 10.5 5.61 111 37.0 9.24 5.93 98.0 32.7 8.17 5.30 126 41.9 10.5 5.62 110 36.8 9.21 5.94 97.7 32.6 8.14 5.31 125 41.7 10.4 5.63 110 36.7 9.17 5.95 97.3 32.4 8.11 5.32 125 41.5 10.4 5.64 110 36.5 9.14 5.96 96.9 32.3 8.08 5.33 124 41.4 10.3 5.65 109
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