Relatório de Fundição - Gabrielle S Braz

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UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MINAS GERAIS 
FACULDADE DE ENGENHARIA – JOÃO MONLEVADE 
ENGENHARIA METALÚRGICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO DA PRÁTICA: FUNDIÇÃO DE LIGA DE 
ALUMÍNIO-SILÍCIO 
 
 
 
 
 
 
 
 
JOÃO MONLEVADE – MINAS GERAIS 
JULHO DE 2023 
 
 
 
1 
 
GABRIELLE SCHULTZ BRAZ 
 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO DA PRÁTICA: FUNDIÇÃO DE LIGA DE 
ALUMÍNIO-SILÍCIO 
 
 
 
 
 
 
Trabalho apresentado ao professor da disciplina 
Solidificação e Fundição do Curso de 
Graduação em Engenharia Metalúrgica da 
Universidade do Estado de Minas Gerais, como 
requisito parcial para a aprovação na referida 
disciplina. 
 
Docente: Dr. Girley Ferreira Rodrigues. 
 
 
 
JOÃO MONLEVADE – MINAS GERAIS 
JULHO DE 2023 
 
 
 
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RESUMO 
 
Este relatório tem por objetivo apresentar o resultado obtido durante a prática de 
fundição de molde cheio em areia verde, mostrando como funciona tais processos de 
fundição. Para tornar isso possível, foi realizado inicialmente o preparo da areia verde 
e o desenvolvimento do modelo a ser fundido. Em seguida, foi montado o molde onde 
a liga de alumínio-silício, que havia sido fundida na mufla, fosse depositada. E a partir 
disso, foi possível observar como funciona a fundição tanto em molde cheio quanto 
em molde de areia verde. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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SUMÁRIO 
 
1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 4 
1.1 OBJETIVO ......................................................................................................... 4 
2 REFERENCIAL TEÓRIOCO .................................................................................... 5 
2.1 PROCESOS DE FABRICAÇÃO DE PRODUTOS METÁLICOS ........................ 5 
2.2 PROCESSO DE FABRICAÇÃO POR FUNDIÇÃO ............................................ 5 
2.2.1 Fundição em Areia Verde ............................................................................ 7 
2.2.2 Fundição em Molde Cheio ........................................................................... 9 
2.3 ALUMÍNIO E SUAS LIGAS ................................................................................ 9 
2.3.1 Classificação das Ligas de Alumínio .......................................................... 10 
2.3.2 Liga de Alumínio - Silício ........................................................................... 11 
3 MATERIAIS E PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ............................................. 12 
3.1 MATERIAIS ...................................................................................................... 12 
3.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ............................................................... 13 
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................. 13 
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................... 17 
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 17 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1 INTRODUÇÃO 
 
Segundo Matte (2018), as indústrias de processamento de matérias primas 
metálicas, assim como as demais indústrias, visam o aumento de produtividade, a 
redução de custos operacionais e desperdícios. Para que estes objetivos sejam 
alcançados, é comum a prática de pesquisa e desenvolvimento de tecnologias que 
agreguem valor aos produtos e reduzam o tempo de fabricação. 
Dentre os mais variados processos de fabricação industrial, encontra-se o 
processo de fundição, o qual consiste no vazamento de metal líquido num molde 
contendo uma cavidade com a geometria desejada para a peça final. O processo de 
fundição demanda materiais específicos para a sua execução, os quais devem ter 
características de resistência térmica e estrutural (MOREIRA, 2011). 
O amplo uso das ligas Al-Si em aplicações nas quais a qualidade da 
estrutura resultante da solidificação é tão importante (fundição e soldagem) está 
relacionado com as características que o seu principal elemento de liga, o silício, 
confere às ligas de alumínio. Nestas ligas o silício é usado em teores de até 12 ou 
13 % e aumenta a fluidez do alumínio líquido permitindo que o mesmo flua melhor 
através das cavidades do molde de fundição, permitindo a obtenção de produtos 
com formatos mais complexos. 
Este trabalho abordará o processo de fabricação de peças por fundição em 
molde cheio e areia a verde. Nele será estudado e descrito todo o processo - desde a 
produção da areia, dos moldes até o tratamento final da peça - e os resultados assim 
obtidos experimentalmente em laboratórios da instituição (Ctec). 
 
1.1 OBJETIVO 
 
Demonstrar o que foi aprendido em sala a respeito do processo de fundição e 
seus tipos: Fundição em Molde Cheio e Fundição em Areia Verde. 
 
 
 
 
 
 
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2 REFERENCIAL TEÓRIOCO 
 
2.1 PROCESOS DE FABRICAÇÃO DE PRODUTOS METÁLICOS 
 
Para Kiminami (2013), a fabricação de produtos metálicos utiliza processos que 
visam dar forma (geometria, dimensões, acabamento superficial) ao metal puro ou liga 
metálica com as especificações estabelecidas para o produto, e também conferir a 
este o conjunto de propriedades (resistência mecânica, dureza, resistência ao 
desgaste, resistência à corrosão, condutividade elétrica, densidade etc.) além de e 
propriedades ou atributos econômicos (preço e disponibilidade do material e de 
processos), exigido para o seu bom desempenho. Assim sendo, existe uma relação 
complexa e importante a ser considerada para a seleção do material e da rota de 
processamento, que é a relação entre as especificações do produto (forma, 
propriedades), metal ou composição da liga e os processos de fabricação. 
Os processos de fabricação metálicos são classificados como processos com 
remoção de cavaco e sem remoção de cavaco. Nos processos com remoção de 
cavaco ocorre muitas formas de usinagem, sendo estas, usinagens do tipo 
convencional e do tipo não-convencional. As formas de usinagem do tipo convencional 
abrangem operações como: torneamento, fresamento, furação entre outros. Já nos 
processos não-convencionais pode-se citar operações como: jato d’água, jato 
abrasivo, fotoquímica entre outros. (GROOVER, 1996). 
Processos de fabricação sem a remoção de cavaco são classificados como 
processos de fundição, soldagem, metalurgia do pó e conformação, sendo esta última 
subdividida em laminação, trefilação, extrusão, forjamento e estampagem. 
 
2.2 PROCESSO DE FABRICAÇÃO POR FUNDIÇÃO 
 
Groove (2016) define fundição “como um processo no qual o metal fundido flui 
pela força da gravidade, ou por ação de outra força, num molde em que ele solidifica 
com a forma da cavidade do molde”. 
A fundição de peças é geralmente feita em uma fábrica chamada de fundição, 
onde são produzidos os moldes, o metal é fundido e trabalhado no estado líquido. 
Como vantagens do processo de fundição pode-se citar as dimensões das peças que 
 
 
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podem ser desde poucas gramas, até produtos muito grandes e pesando toneladas, 
bem como a fabricação de peças complexas, já como desvantagem pode-se citar as 
limitações em propriedades mecânica, baixa precisão dimensional e acabamento 
superficial (GROOVER,1996). 
Segundo Chiaverini (1977), uma peça produzida por fundição, pode ter a forma 
definitiva ou não, pode ser de forma complexa, inclusive com detalhes internos. Os 
formatos das peças produzidas a partir do metal líquido pode ser submetida a 
trabalhos de conformação mecânica, no estado sólido com o que são obtidas novas 
formas das peças. 
O fluxograma da Figura 1, demonstra as etapas do processo de fundição de 
uma peça fundida. 
 
Figura 1: Operações básicas para a produção de uma peça fundida em areia verde. 
 
Fonte: Adaptado de Kiminami (2013). 
 
A Figura 1 demonstra um fluxogramasimplificado das operações básicas para 
a produção de uma peça fundida, a qual pode ser aplicada a maioria dos processos 
de fundição. 
 
 
 
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2.2.1 Fundição em Areia Verde 
 
De acordo com Filho (2016), a técnica de fundição mais comum é a moldagem 
em areia verde, que consiste em uso do molde feito em areia úmida e, em seguida, 
compactada. O Termo “verde” significa que a umidade foi acrescentada na areia e 
aglomerantes. Essa técnica é largamente utilizada devido à sua facilidade de uso, 
baixo custo e abundância de matéria-prima. A areia verde é a combinação da areia 
sílica com os agentes aglomerantes, em geral a argila, componentes estes 
normalmente baratos. O processo de fundição consiste em liquefazer o metal 
desejado utilizando um cadinho (recipiente onde é depositado o metal), um forno e um 
queimador. A etapa inicial é a escolha da peça a ser reproduzida. A areia utilizada na 
compactação é uma mistura de areia de sílica a uma série de elementos: bentonita, 
pó de carvão, amido de milho e água. Essa areia é compactada por cima da peça 
numa caixa feita de madeira criando assim um negativo de areia, visto na Figura 2. 
 
Figura 2: Primeira etapa da compactação. 
 
Fonte: Costa, 2000. 
 
Essa caixa é facilmente desmontada para facilitar a remoção da peça final. A 
peça é removida e então o molde é criado pela compactação. Na caixa de areia vão 
também os dutos de alimentação (Figura 3). Esses dutos levam o metal fundido até o 
negativo do molde. Os dutos são importantes para se ter certeza que todo o molde foi 
preenchido uniformemente, além de evitar deformidades na peça final (FILHO, 2016). 
 
 
 
8 
 
Figura 3: Dutos de alimentação na caixa de areia. 
 
Fonte: Costa, 2000. 
 
O metal então é despejado na caixa através dos dutos de alimentação no molde 
feito de areia a verde e por gravidade, o metal desce e preenche todo o espaço do 
molde conforme apresentado na Figura 4. 
 
Figura 4: Despejo de metal no molde de areia. 
 
Fonte: Costa, 2000. 
 
O tempo de solidificação é influenciado pelo tamanho da peça fundida. Após o 
tempo de resfriamento, o molde é destruído; porém sua matéria prima não é 
desperdiçada e a peça final então é removida. Depois da desmoldagem, a peça vai 
para processos de acabamentos superficiais que incluem tratamentos térmicos e 
usinagem (FILHO, 2016). 
Após a utilização, praticamente toda a areia (98%) pode ser reutilizada. As 
vantagens do processo são: tem o mais baixo custo dentre todos os métodos, 
facilidade de reparo dos moldes e possui equipamentos mais simples. As 
desvantagens são: A areia natural é normalmente heterogênea, ou seja, sua 
composição varia para cada parte, influenciando na qualidade das peças; acabamento 
superficial inferior que resulta em uma peça rugosa e uma maior deformação do molde 
(erosão) com peças de maior tamanho (MORO; AURAS, 2007). 
 
 
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2.2.2 Fundição em Molde Cheio 
 
Segundo Martins (2003), o processo Molde Cheio é um processo de fundição 
em areia, sem aditivos, no qual se emprega um modelo (réplica da peça) que é 
confeccionado em poliestireno expansível. Este modelo é pintado com uma tinta 
refratária e com o auxílio de uma vibração externa o molde é confeccionado com o 
modelo no seu interior. Ao vazar o metal no molde, o modelo sofre uma degradação 
térmica pelo metal líquido que penetra no molde através do sistema de canais de 
alimentação, reproduzindo a forma do modelo degredado. Durante a queima, os gases 
gerados devem escapar através da camada de tinta e penetrar na areia solta, o que 
permite a sua saída com facilidade. Esta areia solta pode ser reaproveitada sem 
tratamentos e descartes onerosos. Após a solidificação, as peças podem ser 
facilmente desmoldadas requerendo pouca ou quase nenhuma rebarbação. 
O processo Molde Cheio pode ser dividido nas várias etapas mostradas a 
seguir: 
• Confecção do modelo em poliestireno expansível; 
• Dimensionamento e colagem do sistema de canais de enchimento do 
modelo; 
• Pintura dos modelos de poliestireno; 
• Confecção do molde; 
• Vazamento do metal; 
• Desmoldagem. 
 
2.3 ALUMÍNIO E SUAS LIGAS 
 
O alumínio é o metal, depois do ferro, mais utilizado na fabricação de peças. 
Isto se deve ao grande campo de aplicação deste material, em virtude de suas 
características. O alumínio e suas ligas tem grande importância técnica devido a sua 
baixa densidade, elevada relação resistência/peso, elevada resistência a corrosão, 
endurecibilidade de muitas ligas, boa aparência, fabricabilidade e possibilidade de 
tratamentos superficiais (Weingaertner e Schroeter, 1991), além de outras 
propriedades. 
 
 
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Os maiores campos de aplicação dos alumínios são hoje a indústria de 
transportes (automóveis, aviões, vagões, etc.), a construção civil, a engenharia 
mecânica e eletrotécnica e a indústria de embalagens (Weingaertner e Schroeter, 
1991). As indústrias automobilística e aeronáutica desenvolveram numerosas ligas de 
alumínio de, normalmente, baixa resistência a corrosão e de baixa 
eletrocondutibilidade, mas com valores bem elevados de resistência a tração (por 
exemplo, 54 kgf/mm\ após adequados tratamentos térmicos e mecânicos (Coutinho, 
1980). 
 
2.3.1 Classificação das Ligas de Alumínio 
 
Segundo Gomes e Bresciani Filho (1976), todas as ligas a base de alumínio 
podem ser divididas em dois grupos principais, a saber: ligas para tratamento 
mecânico ou conformadas; e ligas de fundição. 
As ligas para tratamento ou trabalho mecânico são aquelas em que o metal é 
mecanicamente trabalhado por processos como laminação, extrusão, forjamento e 
estiramento. Este grupo admite duas subdivisões como segue: ligas que não 
respondem ao tratamento térmico e nas quais as propriedades mecânicas são 
determinadas pelo grau de trabalho a frio e consequente encruamento que podem 
sofrer, são conhecidas também como ligas trabalhadas não tratáveis ou ligas 
encruáveis; e Iigas termicamente tratáveis, as quais suas propriedades mecânicas 
podem ser otimizadas através de tratamento térmico (Gomes e Bresciani 
Filho, 1976). 
As ligas de fundição se classificam em ligas binárias, com um único elemento 
adicionado, e Iigas complexas ou ternárias, com mais de dois elementos de liga. São 
tres as ligas binárias comuns: ao cobre, ao magnesia e ao silicio; menos comum é a 
liga ao estanho usada como anti-fricção. As Iigas complexas são os grupos alumínio-
cobre-silício, alumínio-cobre-silício-magnésio, alumínio-silício-magnésio e alumínio-
cobre-silício-níquel-magnésio (Gomes e Bresciani Filho, 1976), as quais originam 
diversos microconstituintes, como Al7Cu2Fe, NiAl3, Mg2Si e Al2CuMg, dificeis de se 
identificar pela microscopia óptica (Coutinho, 1980). 
 
 
 
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2.3.2 Liga de Alumínio - Silício 
 
As ligas de alumínio-silício, largamente usadas, são fundidas em areia e em 
moldes permanentes, por gravidade ou por pressão. Apresentam boas propriedades 
em geral, com excelente resistência a corrosão, até mesmo a ácidos fracos. Essas 
ligas, principalmente em composições próximas do eutético, contendo de 11 a 14% 
de silício (Trent, 1984), e sob fusão simples, são muito frágeis devido à estrutura 
grosseira apresentada pelos grãos de silício e placas de alumínio (Perret,1948, apud 
Gomes e Bresciani Filho, 1976). Porém, mediante o tratamento conhecido por 
"modificação", é possível empregar um teor de silício até maior do que o 
correspondente a composição do eutético e obter peças moldadas em areia de boas 
características estruturais, ao lado de melhor resistência mecânica e grande 
ductilidade. O tratamento de "modificação" não é necessário para ligas de alto teor em 
silício que venham a ser resfriadas rapidamente por moldagem sob pressão, ou em 
molde permanente (Gomes e Bresciani Filho, 1976). 
As ligas de alumínio-silício são materiais difíceis de se cortar, tendo nódulos de 
silício, fase dura, distribuídos aleatoriamentesobre uma matriz de alumínio, fase mole. 
Estas ligas tem provado ser muito resistente ao desgaste, fazendo delas 
potencialmente úteis na confecção de instrumentos de precisão, máquinas, pistões e 
blocos de cilindros de motores em automóveis. Até agora, ligas de alumínio com pouco 
silício têm sido largamente utilizadas por causa de suas maiores usinabilidades do 
que as ligas de alumínio de alto silício (Fukumoto e Ayabe, 1990). 
O silício aumenta a fluidez do alumínio liquido, permitindo que ele flua através 
de delgadas paredes na cavidade do molde e reproduza detalhes mais delicados. Ele 
também reduz a contração externa, melhora a estanqueidade, diminui porosidade no 
produto fundido, reduz o coeficiente de expansão e melhora a soldabilidade. 
Entretanto, não contribui apreciavelmente para a usinabilidade. Em teores altos torna 
difícil a usinagem. Contribui para a resistência mecânica, principalmente quando 
combinado com o magnésio por tornar a liga tratável termicamente. O silício 
preferivelmente deve estar na liga no estado modificado, isto e em formas 
arredondadas e bastante dispersas na matriz de alumínio. O ferro presente em mais 
de 1,5 % pode causar uma estrutura grossa e quebradiça no silício alto, mas previne 
o metal de soldar-se ao molde metálico na fundição em molde permanente; vem daí 
 
 
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a justificativa de prescreverem-se baixos teores de ferro nas ligas fundidas em areia 
e mais altos teores nas ligas fundidas em moldes permanentes (Gomes e Bresciani 
Filho, 1976). 
O silício e um dos principais elementos de ligas em muitas ligas fundidas (tipos 
Al-Si, Al-Si-Cu, Al-Si-Mg e Al-Si-Mg-Cu). Isto foi verificado experimentalmente por 
Fukumoto e Ayabe (1990), onde observaram que quando a quantidade de silício 
aumentava os nódulos de silício também aumentava em dimensão e número, 
resultando numa relação linear entre o aumento percentual em silício e o aumento em 
dureza da liga. A dimensão das partículas de silício nas ligas pode ser diminuída pela 
adição de um modificador tais como sódio, estrôncio ou cálcio. Nas ligas de silício 
hipereutéticas, fósforo é o nucleante do silício primário mais eficiente, e sua adição na 
fusão resulta em maior número de partículas de silício de menores diâmetros. O 
refinamento das partículas de silício e muito eficaz na redução do desgaste da 
ferramenta (Chamberlain, 1989). 
As ligas fundidas de alumínio-silício entre 17 e 23% de silício, onde o percentual 
de silício está acima da composição eutética, contem em suas estruturas grandes 
grãos de silício, além do silício espalhado finamente da estrutura eutética. Os cristais 
grandes de silício aumentam demasiadamente o desgaste, até quando se usa 
ferramentas de metal duro (TRENT, 1984). 
 
 
3 MATERIAIS E PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
 
3.1 MATERIAIS 
 
- Areia de construção 
- Argila (grafilito); 
- Água; 
- Espátula e cabo de madeira; 
- Caixa de madeira (molde); 
- Mufla; 
- Isopor; 
- Liga alumínio – silício. 
 
 
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3.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
 
1) Adicionar água numa mistura prévia de areia de fundição e grafilito (areia 
verde) misturando bem até se obter uma massa homogênea. A massa deve aglomerar 
facilmente quando pressionada entre as mãos, porém sem grudar (massa úmida). 
2) Moldar o isopor de acordo com o modelo desejado. 
3) Colocar o modelo juntamente com a caixa sobre uma superfície plana e 
firme. 
4) Adicionar a mistura de areia aos poucos, compactando com a ajuda de um 
pedaço de madeira. Assegurar-se para que todos os detalhes do modelo sejam 
cobertos de areia compactada. 
5) Depois de preencher toda a caixa, escolha os locais para alimentação e 
subida do metal líquido. Com as espátulas escave o molde cuidadosamente 
assegurando-se para que não fiquem grãos de areia soltos. Lembre-se de deixar uma 
cavidade adequada para verter o metal líquido e de prover uma geometria adequada 
para os canais e o massalote. 
6) Adicionar a liga ao cadinho e leva-lo na mufla a 800°C. 
7) Agora posicione o molde sobre a caixa de areia e verifique a temperatura do 
metal líquido (cerca de 500°C a 1000°C acima de sua temperatura de fusão). 
8) Verta o metal líquido no molde de maneira contínua até o preenchimento 
completo. 
9) Aguarde a solidificação do metal. 
10) Quebre o molde e retire a peça pronta. 
 
 
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
Durante a prática foi preparada a areia verde, misturando areia de construção 
(Figura 5), argila (Figura 6) e água, de forma que que ela ficasse fofa, a ponto de ser 
conformada, sem esfarelar (Figura 7). 
 
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Figura 5: Areia de Construção. 
 
Fonte: Autora, 2023. 
 
Figura 6: Argila (grafilito). 
 
Fonte: Autora, 2023. 
 
Figura 7: Mistura (areia verde). 
 
Fonte: Autora, 2023. 
 
Após termos preparado a areia, fez-se o modelo em isopor, onde deixamos no 
formato que queríamos, com isso iniciou a preparação da caixa e do molde (Figura 8). 
 
 
 
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Figura 8: Preparação do Molde. 
 
Fonte: Autora, 2023. 
 
Enquanto preparamos o molde (Figura 9), foi preparado o cadinho que ia para 
a mufla (forno) com a liga escolhida (Figura 10). 
 
Figura 9: Molde preparado para fundição. 
 
Fonte: Autora, 2023. 
 
Figura 10: Liga preparada no cadinho. 
 
Fonte: Autora, 2023. 
16 
 
Durante toda essa preparação a mufla (forno) estava esquentando até atingir 
800°C (Figura 11), onde após o cadinho ser colocado em seu interior, ele permaneceu 
lá por 20 minutos, ate ter fundido a liga, visto que a temperatura de fusão dessa liga 
era de 570°C. 
Figura 11: Mufla. 
 
Fonte: Autora, 2023. 
Após fundido, o metal foi vertido no molde para tomar a forma da peça que foi 
escolhida anteriormente (Figura 12). 
 
Figura 12: Metal vertido no molde. 
 
Fonte: Autora, 2023. 
 
 
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Após solidificada a peça foi retirada do molde (Figura 13), tendo as suas 
rebarbas lixadas afim de dar um melhor acabamento para a mesma (Figura 14). 
 
Figura 13: Peça solidificada. 
 
Fonte: Autora, 2023. 
Figura 14: Peça Final. 
 
Fonte: Autora, 2023. 
 
 
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS 
 
Mediante os fatos supracitados é possível concluir que em função do processo 
de fundição em molde cheio e em areia verde, é necessário ter um conhecimento 
prévio das condições para realizar tal atividade. E também, das propriedades do 
material a qual iremos fundir, para assim poder determinar qual o melhor processo a 
ser realizado. 
 
 
REFERÊNCIAS 
 
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