今天分享一下見習(xí)材料熱處理工程師的考試題,這些題是作為一名合格的熱處理工程師必須具備的基礎(chǔ)知識(shí),隔熱管托希望搞熱處理的朋友抽空看一下,也行對(duì)大家有幫助,新入門的更要看了,當(dāng)然也可以作為企業(yè)員工培訓(xùn)使用。
因內(nèi)容較多,咱們分為4次分享。
1、貝氏體等溫淬火
鋼材或鋼件加熱奧氏體化,隨之快冷到貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)域(260~400℃)等溫保持,使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w的淬火工藝。有時(shí)也稱等溫淬火。該工藝可用于要求變形小,韌性高的合金鋼工件。
2、已知GCr15鋼精密軸承的加工工藝路線為:
下料、鍛造、超細(xì)化處理、機(jī)加工、淬火、冷處理、回火、穩(wěn)定化處理。簡(jiǎn)述其中超細(xì)化處理,淬火,冷處理,隔熱管托回火和穩(wěn)定化處理等主要熱處理工藝參數(shù)(加熱溫度和冷卻方法)和采用該工藝的目的。
預(yù)備熱處理:1050℃×20~30min,高溫固溶后再320~340℃×2h等溫再升溫至735~740℃×3h爐冷至600℃出爐空冷,有利于提高淬火后獲得細(xì)小針狀的馬氏體組織,并可提高沖擊韌度,耐磨性和疲勞強(qiáng)度。
淬火:835~850℃×45~60min在保護(hù)氣氛下加熱,在150~170℃的10號(hào)機(jī)油中冷卻5~10min后,再在30~60℃油中冷卻。
冷處理:清洗后在-40~-70℃×1~1.5h深冷處理。
回火:160~200℃×3~4h回火。
穩(wěn)定化處理:粗磨后進(jìn)行140~180℃×4~12h,精磨后120~160℃×6~24h。
3、何謂實(shí)際晶粒度?從熱處理生產(chǎn)實(shí)際出發(fā),隔熱管托宜選用什么晶粒鋼?
實(shí)際晶粒度:指在某一實(shí)際熱處理加熱條件下,所得到的晶粒大小。
從熱處理生產(chǎn)角度看,為了獲得細(xì)小的奧氏體晶粒,宜選用本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。這樣,其晶粒長(zhǎng)大傾向小,淬火溫度范圍寬,生產(chǎn)上容易掌握。
4、碳氮共滲時(shí)出現(xiàn)的黑色組織是什么?如何避免?
黑色組織是指碳氮共滲表層中出現(xiàn)的黑點(diǎn),黑帶和黑網(wǎng)。
為了防止黑色住址的出現(xiàn),滲層中氮含量不宜過高,一般超過Wn0.5%就易出現(xiàn)點(diǎn)狀黑色組織,滲層中氮含量也不宜過低,否則易形成拖氏體網(wǎng)。因此氨的加入量要適中,氨氣量過高,爐氣露點(diǎn)降低,均會(huì)促使黑色組織的出現(xiàn)。
為了抑制拖氏體網(wǎng)的出現(xiàn),也可以適當(dāng)提高淬火加熱溫度火采用冷卻能力較強(qiáng)的冷卻介質(zhì)。黑色組織深度小雨0.02mm時(shí)也可采用噴丸強(qiáng)化補(bǔ)救。
5、珠光體有哪幾類?他們的形態(tài)和性能特點(diǎn)是什么?
珠光體的組織形態(tài)可以分為兩類:片狀珠光體和粒狀珠光體。
(1)片狀珠光體:是由相互交替排列的滲碳體和鐵素體所組成
①片狀珠光體的形成:首先在奧氏體的晶界上析出滲碳體的晶核,并呈片狀向境內(nèi)長(zhǎng)大,在其兩側(cè)出現(xiàn)了貧碳的奧氏體,隔熱管托促使鐵素體在奧氏體上于滲碳體的界面上形核長(zhǎng)大,生成層片狀鐵素體,并使其附近的奧氏體富碳,又促使?jié)B碳體沿奧氏體—鐵素體界面形核長(zhǎng)大。如此反復(fù)交替,最終形成片狀珠光體,當(dāng)珠光體的上述方式向橫向發(fā)展的同時(shí),片狀鐵素體前沿的奧氏體中的碳向滲碳體的前沿?cái)U(kuò)散,促使轉(zhuǎn)廣體也沿著縱向長(zhǎng)大,其結(jié)果形成珠光體領(lǐng)域。在一個(gè)奧氏體晶粒內(nèi),可形成若干個(gè)珠光體領(lǐng)域。
②珠光體的片間距:珠光體的片間距是指珠光體中相鄰兩片滲碳體間的平均距離,其大小主要取決于轉(zhuǎn)變溫度(過冷度)。轉(zhuǎn)變溫度越低,片層間距就越小,珠光體組織越細(xì),滲碳體的彌散度也就越大。
(2)粒狀珠光體
粒狀珠光體的形成也是一個(gè)滲碳體和鐵素體交替析出的過程,其中,滲碳體的析出是以奧氏體晶粒內(nèi)的未溶碳化物火富碳區(qū)的非自發(fā)晶核,由于各項(xiàng)成長(zhǎng)近似一致,最終成為在鐵素體基體上均勻分布著粒狀(球狀)滲碳體的粒狀珠光體,隔熱管托一般認(rèn)為奧氏體化溫度較低有利于形成粒狀珠光體。
(3)珠光體的力學(xué)性能
片狀珠光體的強(qiáng)度和硬度,隨片層間距的減小而提高;粒狀珠光體其強(qiáng)度硬度較低,塑性,韌性較好。
6、為了使鋼在加熱過程中獲得細(xì)小的奧氏體晶粒度可采取哪些措施?
1)加熱溫度和保溫時(shí)間:溫度越高、保溫時(shí)間越長(zhǎng),奧氏體晶粒長(zhǎng)得越快、晶粒越粗大。奧氏體晶粒長(zhǎng)大速度是隨著溫度的升高而呈指數(shù)關(guān)系增加;而在高溫下,保溫時(shí)間對(duì)晶粒長(zhǎng)大的影響教低溫要大。
2)加熱速度:加熱速度越大、過熱度越大,奧氏體實(shí)際形成溫度就越高,由于形核率與長(zhǎng)大速度的比值增大。因而,可以獲得小的初始晶粒。這也說明,隔熱管托快速加熱能獲得細(xì)小的奧氏體晶粒。
3)鋼的化學(xué)成分:隨著鋼種碳含量的增加,但又不足以形成未溶碳化物時(shí),奧氏體晶粒容易長(zhǎng)大而粗化。由此,共析碳鋼較過共析碳鋼對(duì)過熱更為敏感。
4)鋼的原始組織:通常原始組織越細(xì)或原始組織為非平衡組織時(shí),碳化物分解度越大,所得的奧氏體起始晶粒就越細(xì)小,但鋼的晶粒長(zhǎng)大傾向增加,過熱敏感度增大。為此,原始組織極細(xì)的鋼,不宜用過高的加熱溫度和過長(zhǎng)的保溫時(shí)間。
7、第一、二類回火脆性是怎樣產(chǎn)生的?產(chǎn)生回火脆性后怎樣消除?
第一類回火脆性(回火馬氏體脆性):碳鋼在200~400°C溫度范圍內(nèi)回火,會(huì)出現(xiàn)室溫沖擊韌度下降現(xiàn)象,造成脆性此即第一類回火脆性或稱回火馬氏體脆性。對(duì)于合金鋼這類脆性發(fā)生的溫度范圍稍高,約在250~450度之間。
如果零件回火后產(chǎn)生第一類回火脆性則需重新加熱淬火方可消除。
第二類回火脆性(馬氏體高溫回火脆性或可逆回火脆性):某些合金鋼在450~650度溫度范圍內(nèi)回火后緩慢冷卻通過上述溫度范圍時(shí),隔熱管托會(huì)出現(xiàn)沖擊韌度降低的現(xiàn)象。這類已造成的脆性鋼如果再次重新加熱到預(yù)訂的回火溫度(稍高于造成脆化的溫度范圍)然后快速冷至室溫,脆性就會(huì)消失。為此,又稱可逆回火脆性。
8、何謂鋼的淬透性?
鋼在淬火時(shí)能夠獲得馬氏體的能力即鋼被淬透的深度大小稱為淬透性。鋼的淬透性大小取決于鋼的臨界冷卻速度。C曲線位置越右,則臨界冷卻速度越小,淬透性就越大。
9、影響淬透性的因素有哪些?
1)含碳量的影響:隨著奧氏體含碳量增加,穩(wěn)定性增加,使C曲線右移。
2)合金元素的影響:合金元素(除Co以外)都能提高鋼的淬透性。
3)奧氏體化溫度和保溫時(shí)間的影響:奧氏體化溫度越高、保溫時(shí)間越長(zhǎng)、碳化物溶解越完全、奧氏體晶粒越粗大,境界總面積減少、形核減少,因而使C曲線右移推遲珠光體轉(zhuǎn)變。總之,隔熱管托加熱速度越快,保溫時(shí)間越短,奧氏體晶粒越小,成分越不均勻,未溶第二相越多,則等溫轉(zhuǎn)變速度越快,使C曲線左移。
10、在熱處理時(shí)要控制奧氏體晶粒長(zhǎng)大,試分析影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大因素及控制奧氏體晶粒長(zhǎng)大的措施。
1)加熱溫度和保溫時(shí)間:加熱溫度越高保溫時(shí)間越長(zhǎng),奧氏體晶粒越粗大,加熱溫度是主要的。
2)加熱速度:加熱速度越快,過熱度越大,隔熱管托使形核率和長(zhǎng)大速度的比值增大可細(xì)化晶粒,奧氏體實(shí)際晶粒度越高。
3)鋼的化學(xué)成分:
①碳素鋼—共析鋼較過共析鋼易于過熱;
②合金鋼—鋼中加入如Ti、V、Vr、Nb、W、Mo、Cr等碳、氮化物形成元素,強(qiáng)烈阻礙奧氏體晶界的遷移,使晶粒細(xì)化。用Al脫氧的鋼晶粒細(xì)小,用Si脫氧的鋼晶粒較粗。
4)原始組織:原始組織越細(xì)或?yàn)榉瞧胶饨M織時(shí),鋼的晶粒度長(zhǎng)大傾向增大,晶粒易于粗化。
11、鑄鐵通常分為幾大類?分別指出這些鑄鐵中碳的存在形式以及它們對(duì)鑄鐵性能的影響?
1)灰鑄鐵:具有高的抗壓強(qiáng)度、優(yōu)良的耐磨性和消振性,低的缺口敏感。
2)球墨鑄鐵:既有灰鑄鐵有點(diǎn),又具有中碳鋼的抗拉強(qiáng)度、彎曲疲勞強(qiáng)度及良好的塑形與韌性。
3)可鍛鑄鐵:石墨呈團(tuán)絮狀,對(duì)基體的切割作用小,故強(qiáng)度、塑性及韌性均比灰鑄鐵高,尤其隔熱管托是珠光體可鍛鑄鐵可與鑄鋼媲美,但不能鍛造。
4)蠕墨鑄鐵:蠕墨鑄鐵其抗拉強(qiáng)度、塑性、疲勞強(qiáng)度等均優(yōu)于灰鑄鐵,而接近鐵素體基體的球鐵合金鑄鐵。此外,它的熱導(dǎo)性、鑄造性、可切削加工性均優(yōu)于球鐵,與灰鑄鐵相近。
12、舉例并簡(jiǎn)要說明提高模具壽命可采用哪些有效的熱處理工藝方法,請(qǐng)舉例說明五種以上。
1)5CrMnMo鋼熱鍛模復(fù)合滲處理工藝:利用C、N共滲在850-900℃高溫淬火,再經(jīng)高溫500℃回火后,在保持鋼的耐熱性、耐磨性及一定硬度前提下,隔熱管托再進(jìn)行540℃×4h氣體氮碳共滲。
2)5CrNiMo鋼熱鍛模強(qiáng)韌化和表面復(fù)合滲工藝:950℃淬油,預(yù)淬至180-260℃后280℃等溫,450℃回火。
3)45Cr2NiMoVSi鋼錘鍛模強(qiáng)韌化熱處理工藝:模具500℃入爐,650℃×2.5h,850℃×2h預(yù)熱,970℃×5.5h加熱,預(yù)冷至780℃油冷至200℃出油空冷;290℃×4h預(yù)熱,635℃×10h回火;640℃×8h第二次回火。
4)5Cr2NiMoVSi鋼壓力機(jī)模塊和錘鍛模鑲塊的強(qiáng)韌化熱處理工藝:加熱1150-1200℃,始鍛1150℃,終鍛850℃,鍛后堆冷。
5)3Cr2W8V鋼壓鑄模氣體氮碳共滲處理:經(jīng)氣體氮碳共滲處理,580℃×4.5h,50%甲醇加50%氨,油冷。
13、已知GCr15鋼精密軸承的加工工藝路線為:下料—鍛造—超細(xì)化處理—機(jī)加工—淬火—冷處理—穩(wěn)定化處理。隔熱管托簡(jiǎn)述其中超細(xì)化處理,淬火,冷處理,回火和穩(wěn)定化處理等主要熱處理工藝參數(shù)(加熱溫度和冷卻方法)和采用該工藝的目的。
1)超細(xì)化熱處理工藝:1050℃×20~30min高溫加熱,250~350℃×2h鹽槽等溫,690~720℃×3h隨爐冷至500℃出爐空冷。
2)淬火:835~850℃×45~60min在保護(hù)氣氛下加熱,150~170℃的油中冷卻5~10min,再在30—60℃油中冷卻。
3)冷處理:清洗后在-40—-70℃×1~1.5h深冷處理。
4)穩(wěn)定化熱處理:粗磨后進(jìn)行140~180℃×4~12h;精磨后120~160℃×6~24h。
14、為什么加工機(jī)床齒輪的材料通常選用45鋼等,而汽車齒輪的材料為20CrMnTi等。請(qǐng)分別制定其加工工藝路線及采用熱處理工藝的目的。
(1)機(jī)床齒輪工作平穩(wěn)無強(qiáng)烈沖擊,負(fù)荷不大,轉(zhuǎn)速中等,對(duì)齒輪心部強(qiáng)度和韌性的要求不高,一般選用40或45鋼制造。汽車、拖拉機(jī)齒輪的工作條件比機(jī)床齒輪惡劣,受力較大,超載與啟動(dòng)、制動(dòng)和變速時(shí)受沖擊頻繁,對(duì)耐磨性、彎曲疲勞強(qiáng)度、接觸疲勞強(qiáng)度、心部強(qiáng)度和韌性等性能的要求均比較高,用中碳鋼或中碳低合金經(jīng)高頻感應(yīng)加熱表面淬火已不能保證使用性能。
(2)機(jī)床齒輪加工工藝路線:下料—鍛造—正火—調(diào)質(zhì)—半精加工—高頻感應(yīng)加熱表面淬火+低溫回火—精磨—成品。正火可使組織均勻化,消除鍛造應(yīng)力,調(diào)整硬度改善切削加工性。調(diào)質(zhì)處理可使齒輪具有較高的綜合力學(xué)性能,隔熱管托提高齒心強(qiáng)度和韌性使齒輪能承受較大彎曲應(yīng)力和沖擊載荷,并減小淬火變形;高頻感應(yīng)加熱表面淬火可提高齒輪表面硬度和耐磨性,提高齒面接觸疲勞;低溫回火是在不降低表面硬度的情況下消除淬火應(yīng)力。防止產(chǎn)生磨削裂紋和提高齒輪抗沖擊能力。
(3)汽車齒輪的加工工藝路線:下料—鍛造—正火—機(jī)加工—滲碳、淬火+低溫回火—噴丸—磨加工—成品。正火處理可使組織均勻,調(diào)整硬度改善切削加工性;滲碳是提高齒面碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0.8%-1.05%);淬火可提高齒面硬度并獲得一定淬硬層深度(2.8-1.3mm),提高齒面耐磨性和接觸疲勞強(qiáng)度;低溫回火的作用是消除淬火應(yīng)力,防止磨削裂紋,提高沖擊抗力;噴丸處理可以提高齒面硬度約1—3HRC,增加表面殘余壓應(yīng)力,從而提高接觸疲勞強(qiáng)度。
15、回火脆性的類型及解決辦法。
回火脆性:淬火鋼在回火時(shí),隨著回火溫度的升高,隔熱管托在某一回火溫度范圍內(nèi)使鋼的沖擊韌性明顯下降,脆性明顯增大的現(xiàn)象。分第一類和第二類。
第一類:淬火鋼在250~400℃回火出現(xiàn)的不可逆回火脆;第二類:450~650℃可逆。
辦法:第一類產(chǎn)生不可消除,可以加入si,使脆性轉(zhuǎn)變溫度升高到300以上,然后在250回火;第二類:在脆性溫度短時(shí)間回火,快冷不產(chǎn)生,慢冷產(chǎn)生。重新加熱在脆性溫度短時(shí)間回火,快冷可消除。
16、冷作模具鋼的微細(xì)化熱處理目的?Cr12MoV鋼的循環(huán)超細(xì)化處理工藝?
目的:微細(xì)化熱處理包括鋼種基體組織的細(xì)化和碳化物的細(xì)化。組織細(xì)化可提高鋼的強(qiáng)韌性,碳化物細(xì)化有利于增強(qiáng)強(qiáng)韌性和耐磨性。
工藝:1150℃加熱淬火+650℃回火+1000℃加熱油淬+650℃回火+1030℃加熱油淬170℃等溫30min空冷+170℃回火。
17、淬火態(tài)鋼中常見馬氏體有幾種?亞結(jié)構(gòu)?性能特點(diǎn)?形成條件?
板條和片狀。板條亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò),性能:強(qiáng)度、硬度高,塑性、韌性好;形成條件低碳鋼、200℃以上溫度.片狀中高碳200℃以下,隔熱管托亞結(jié)構(gòu)為孿晶,性能:硬度高,脆性大。
18、鑄錠中的主要缺陷有哪些?
1)縮孔、縮松氣孔及夾雜物等
2)偏析:宏觀偏析(正常偏析、反偏析、比重偏析);顯微偏析
19、制造鑄造鋁合金的固溶處理工藝應(yīng)遵循哪些原則?
1)淬火溫度:一般比最大溶解度溫度略低一些。
2)淬火加熱:隔熱管托為防止鑄件過熱與變形,最好采用350℃以下的低溫入爐,然后隨爐緩慢加熱到淬火溫度。
3)保溫時(shí)間:保溫時(shí)間較長(zhǎng),一般為3~20h。
4)冷卻方式:一般在熱水中冷卻。
20、試說明不同鋁合金強(qiáng)化的手段?對(duì)ZL104汽油機(jī)采用哪種熱處理提高強(qiáng)度?
形變鋁合金強(qiáng)化:冷變形強(qiáng)化(加工硬化)、熱處理強(qiáng)化(固溶+時(shí)效強(qiáng)化)、鑄造鋁合金強(qiáng)化:變質(zhì)處理(細(xì)化組織),固溶+時(shí)效。
ZL104鋁合金采用(535±5)℃×3h固溶處理,(175±5)℃×9h。該工藝是建立在砂型澆鑄的基礎(chǔ)上,時(shí)效時(shí)間較長(zhǎng)。隔熱管托采用鈉變質(zhì)和金屬型低壓澆鑄,ZL104鋁合金175℃×5h時(shí)效時(shí),在基體中形成GP區(qū),強(qiáng)化作業(yè)顯著。
21、為控制金屬結(jié)晶時(shí)的晶粒大小,工業(yè)生產(chǎn)中通常采用什么方法來細(xì)化晶粒?
1)增加環(huán)境冷卻能力。
2)化學(xué)變質(zhì)法。
3)增加液體流動(dòng)。
22、為改善切削加工性能,15Cr,20Cr2Ni4,40Cr,5CrMnMo,GCr15,W18Cr4V鋼應(yīng)進(jìn)行何種熱處理?
15Cr:正火;
20Cr2Ni4:正火+回火;
40Cr:調(diào)質(zhì);
5CrMnMo:退火;
GCr15:球化退火;
W18Cr4V:球化退火。
23、試分析比較在正常淬火條件下20、45、40Cr、T8、65等鋼的淬透性和淬硬性高低。
淬透性由高到低:40Cr、T8、65、45、20;
淬硬性由高到低:T8、65、45、40Cr、20。
24、能否用W18Cr4V鋼制造冷沖模,為什么?
可以用來做模具,但隔熱管托一般用在要求高強(qiáng)度高耐磨性少?zèng)_擊的模具中,但由于它的韌性較差,材質(zhì)特性脆,價(jià)格貴,所以不建議用作冷沖模。
25、45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后要求硬度為217HB~255HB,但熱處理后發(fā)現(xiàn)硬度偏高,問能否依靠減慢回火時(shí)的冷卻速度使其硬度降低?若熱處理后硬度偏低,能否靠降低回火時(shí)的溫度,使其硬度提高?說明其原因。
1)不可以,需要調(diào)整回火溫度;
2)不可以,需要重新淬火后降低回火溫度。
26、中型拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸要求具有較高的強(qiáng)度及較好的韌性,曲軸軸頸要求耐磨性好(50HRC~55 HRC)。(1)選擇材料并寫出鋼號(hào);(2)制定加工制造的簡(jiǎn)明工藝路線;(3)說明使用狀態(tài)下曲軸的組織和曲軸軸頸表面的組織。
合金滲碳鋼:20CrMnMo、20CrMnTi、20MnVB
工藝路線:下料-鍛造-正火-機(jī)械加工-滲碳、淬火+低溫回火-噴丸-磨加工-成品
心部組織:細(xì)片狀珠光體;隔熱管托表面組織:回火馬氏體
27、使用硝鹽浴爐時(shí),需要注意哪些安全措施?
必須注意防爆等安全措施。在硝鹽浴爐中,任何局部溫度超過595℃時(shí),都可能著火或爆炸,使用溫度應(yīng)嚴(yán)格控制在550℃以下。硝鹽混合物是氧化型的,不應(yīng)與容易被氧化的材料混合。不應(yīng)使用微細(xì)的碳化材料作硝鹽的覆蓋物,也必須避免滲碳爐出料端所聚集的貪黑對(duì)硝鹽浴爐的污染。在處理鎂合金輕金屬時(shí),鹽浴最高溫度有一定規(guī)定。
28、在制定熱處理工藝時(shí)以下幾種形狀的工件,如何計(jì)算加熱的有效厚度。
1)圓棒形狀:以直徑計(jì)算;
2)扁平工件:以厚度計(jì)算;
3)實(shí)心圓錐體:按大端的1/3高度處的直徑計(jì)算;
4)階梯軸或截面突變的工件:按較大直徑或較大截面計(jì)算。
29、制定鑄造鋁合金的固溶處理工藝應(yīng)遵循哪些原則?
(1)淬火溫度的選擇:淬火溫度一般比最大溶解度溫度略低一些,以免過燒或產(chǎn)生裂紋。
(2)淬火加熱方式:為了防止隔熱管托鑄件過熱與變形,通常在空氣循環(huán)爐內(nèi)進(jìn)行,為防止變形,最好采用350度以下低溫入爐,然后隨爐緩慢加熱到淬火溫度。
(3)保溫時(shí)間:鑄鋁合金晶粒粗大,過剩相的溶解困難,保溫時(shí)間要長(zhǎng)。一般為3-20h,保溫時(shí)間與工件的厚度關(guān)系不大。
(4)冷卻方式:因鑄件形狀復(fù)雜,內(nèi)部缺陷較多,強(qiáng)度與塑性降低,冷速過快將會(huì)使鑄件產(chǎn)生嚴(yán)重變形,因此淬火后應(yīng)在熱水中冷卻。
30、什么是馬氏體相變塑性現(xiàn)象?何謂“TRIR”鋼及它的性能特點(diǎn)是什么?
金屬及合金在相變過程中,塑性增加,往往低于母相屈服極限的條件下,即發(fā)生了塑性變形,稱之為相變塑性。
利用馬氏體相變塑性設(shè)計(jì)出幾種Ma高于室溫而Ms低于室溫的鋼,他們?cè)诔叵滦巫儠r(shí),會(huì)誘發(fā)形成M,M轉(zhuǎn)變反過來又誘發(fā)塑性提高,隔熱管托這種鋼兼有很高的強(qiáng)度和塑形,故稱為相變誘發(fā)塑性(TRIR)鋼。
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