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TBM

滚刀刀圈材料性能的研?/p>

 

张占?/p>

1

,赵金华

1

,吴志生

1

,刘?/p>

2

,赵海峰

2

,袁?/p>

3

 

(1

.太原科技大学

2

.北方重工集团有限公?/p>

3

.东北大?/p>

) 

?/p>

 

要:

隧道掘进机破岩的主要工具是刀圈。分析了刀圈常见失效形式,选取了两种刀圈,

用直读光谱仪测定其成分,

通过金相和透射电镜比较其显微组织,

用维氏硬度计和冲击试?/p>

测定了硬度和冲击功?/p>

刀圈一的硬度约?/p>

700HV

?/p>

冲击?/p>

2

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3J

?/p>

刀圈二的硬度大?/p>

530HV

?/p>

冲击?/p>

30

?/p>

40J

。比较了其生产工艺的不同,提高材料的纯净化、均匀化和细化晶粒,优?/p>

热处理工艺,刀圈材料在满足高硬度要求时可保证高韧性?/p>

 

?/p>

 

?/p>

 

词:

TBM

滚刀刀圈;失效分析;显微组织;高韧性;热处?/p>

 

隧道全断面掘进机

(TBM)

具有快速、优质、高效、安全、环保的施工特点,近年来广泛

应用于隧道工程建设中。随着城市地铁的兴建和资源需求量的激增,国内?/p>

TBM

的需求量

越来越大?/p>

TBM

刀盘上的滚刀刀圈,是整套掘进设备中技术含量较高的机械备件,是

TBM

施工的关键部件和易损部件。在施工过程中,

滚刀的工作条件极其恶劣,消耗量极大?/p>

频繁

的换刀严重地影响了施工进度?/p>

为减少停机换刀次数?/p>

降低圈损耗,

开发出更高性能的滚刀

刀圈成为重要的研究方向?/p>

 

1 

破岩机理和影响效率的因素

 

TBM

刀盘在纵向油缸施加的推力作用下,将刀盘上的滚刀压入岩石,刀盘在旋转装置

的驱动下带动滚刀绕刀盘中心轴公转?/p>

同时各滚刀还绕各自的刀轴自转,

实现滚刀在岩面上

的连续滚压。刀盘施加给刀圈推力和滚动?/p>

(

转矩

)

,推力使刀圈压入岩体,滚动力使刀圈滚

压岩体。通过滚刀对岩体的挤压和剪切使岩体发生破碎,在岩面上切出一系列的同心圆?/p>

 

滚刀破岩主要分为

3

个阶段:

挤压阶段?/p>

起裂阶段和破碎阶段?/p>

挤压阶段中滚刀在高?/p>

力作用下?/p>

切入岩石表面,同时岩面产生局部变形及很高的接触应力?/p>

在此应力作用下,刀

刃与岩石接触部分的岩体产生粉碎区?/p>

即应力核心区?/p>

此核心区深度越深?/p>

范围越大对提?/p>

破岩效率越明显?/p>

在高应力的作用下进入起裂阶段?/p>

当沿粉碎区周边应力大于岩体的抗拉?/p>

度或抗剪强度时,

便产生张拉裂缝,

此为能否破岩的先决条件?/p>

在应力核心区下层是应力过

渡区?/p>

该区为应力衰减区?/p>

对岩体裂缝的产生不起控制性作用?/p>

在刀刃正下方分布有主裂缝?/p>

由于其方向与破岩方向一致,

因此也不能显著地提高破岩效率?/p>

但能加大下个循环中压入阶

段应力范围?/p>

破碎阶段过程中相邻滚刀的间距使起裂阶段产生的裂缝相互连通时?/p>

表面部分

岩体便被裂缝分割,形成碎片并脱离开挖面?/p>

 

影响刀圈破岩效率的因素有很多,

但根据以往工程实践及试验数据,

影响破岩效率的因

素主要有:脆?/p>

(

塑?/p>

)

和耐磨性。脆?/p>

(

塑?/p>

)

是对岩石抗压强度、抗拉强度的综合评价,?/p>

用于抗压强度较大

(

?/p>

)

,而抗拉强度较?/p>

(

?/p>

)

岩石;耐磨性直接关系到盾构机掘进效率,?/p>

对刀具进行寿命及备品估算、工期筹划的主要依据?/p>

 

2 TBM

滚刀刀圈失效分?/p>

 

刀圈失效在掘进过程中经常发生,

严重影响?/p>

TBM

工作效率?/p>

刀圈失效形式主要包括:

正常磨损、非正常磨损、卷边、打刃、移位、崩裂等损坏形式?/p>

 

刀圈的工作环境和其失效的主要形式表明刀圈应具有高硬度?/p>

高耐磨性?/p>

高韧性?/p>

高?/p>

磨性有助于减少刀圈的磨损量,

延长工作时间从而减少停机换刀次数?/p>

高韧性能够减少打?/p>

和崩裂等现象的发生,有助于提?/p>

TBM

掘进速度。一般情况下,材料硬度的提高必然降低

其韧性,

而韧性的提高又会降低材料的硬度?/p>

工程生产中需要具有高硬度和高韧性的滚刀刀

圈,高韧性刀圈的开发成为刀圈研发的

1

个重要方向?/p>

 

高韧性的

TBM

滚刀刀圈的开发可考虑以下几方面:

1)

考虑合金元素

Ni

,材料中加入一

定量的合金元?/p>

Ni

,能够同时提高材料强度和韧性;

2)

从冶炼开始,注意提高钢的纯净化?/p>

均匀化和晶粒超细化,

可使刀圈材料的强韧性获得大幅提高;

3)

加强对材料热处理工艺参数

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滚刀刀圈材料性能的研?/p>

 

张占?/p>

1

,赵金华

1

,吴志生

1

,刘?/p>

2

,赵海峰

2

,袁?/p>

3

 

(1

.太原科技大学

2

.北方重工集团有限公?/p>

3

.东北大?/p>

) 

?/p>

 

要:

隧道掘进机破岩的主要工具是刀圈。分析了刀圈常见失效形式,选取了两种刀圈,

用直读光谱仪测定其成分,

通过金相和透射电镜比较其显微组织,

用维氏硬度计和冲击试?/p>

测定了硬度和冲击功?/p>

刀圈一的硬度约?/p>

700HV

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冲击?/p>

2

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刀圈二的硬度大?/p>

530HV

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冲击?/p>

30

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40J

。比较了其生产工艺的不同,提高材料的纯净化、均匀化和细化晶粒,优?/p>

热处理工艺,刀圈材料在满足高硬度要求时可保证高韧性?/p>

 

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词:

TBM

滚刀刀圈;失效分析;显微组织;高韧性;热处?/p>

 

隧道全断面掘进机

(TBM)

具有快速、优质、高效、安全、环保的施工特点,近年来广泛

应用于隧道工程建设中。随着城市地铁的兴建和资源需求量的激增,国内?/p>

TBM

的需求量

越来越大?/p>

TBM

刀盘上的滚刀刀圈,是整套掘进设备中技术含量较高的机械备件,是

TBM

施工的关键部件和易损部件。在施工过程中,

滚刀的工作条件极其恶劣,消耗量极大?/p>

频繁

的换刀严重地影响了施工进度?/p>

为减少停机换刀次数?/p>

降低圈损耗,

开发出更高性能的滚刀

刀圈成为重要的研究方向?/p>

 

1 

破岩机理和影响效率的因素

 

TBM

刀盘在纵向油缸施加的推力作用下,将刀盘上的滚刀压入岩石,刀盘在旋转装置

的驱动下带动滚刀绕刀盘中心轴公转?/p>

同时各滚刀还绕各自的刀轴自转,

实现滚刀在岩面上

的连续滚压。刀盘施加给刀圈推力和滚动?/p>

(

转矩

)

,推力使刀圈压入岩体,滚动力使刀圈滚

压岩体。通过滚刀对岩体的挤压和剪切使岩体发生破碎,在岩面上切出一系列的同心圆?/p>

 

滚刀破岩主要分为

3

个阶段:

挤压阶段?/p>

起裂阶段和破碎阶段?/p>

挤压阶段中滚刀在高?/p>

力作用下?/p>

切入岩石表面,同时岩面产生局部变形及很高的接触应力?/p>

在此应力作用下,刀

刃与岩石接触部分的岩体产生粉碎区?/p>

即应力核心区?/p>

此核心区深度越深?/p>

范围越大对提?/p>

破岩效率越明显?/p>

在高应力的作用下进入起裂阶段?/p>

当沿粉碎区周边应力大于岩体的抗拉?/p>

度或抗剪强度时,

便产生张拉裂缝,

此为能否破岩的先决条件?/p>

在应力核心区下层是应力过

渡区?/p>

该区为应力衰减区?/p>

对岩体裂缝的产生不起控制性作用?/p>

在刀刃正下方分布有主裂缝?/p>

由于其方向与破岩方向一致,

因此也不能显著地提高破岩效率?/p>

但能加大下个循环中压入阶

段应力范围?/p>

破碎阶段过程中相邻滚刀的间距使起裂阶段产生的裂缝相互连通时?/p>

表面部分

岩体便被裂缝分割,形成碎片并脱离开挖面?/p>

 

影响刀圈破岩效率的因素有很多,

但根据以往工程实践及试验数据,

影响破岩效率的因

素主要有:脆?/p>

(

塑?/p>

)

和耐磨性。脆?/p>

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是对岩石抗压强度、抗拉强度的综合评价,?/p>

用于抗压强度较大

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,而抗拉强度较?/p>

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岩石;耐磨性直接关系到盾构机掘进效率,?/p>

对刀具进行寿命及备品估算、工期筹划的主要依据?/p>

 

2 TBM

滚刀刀圈失效分?/p>

 

刀圈失效在掘进过程中经常发生,

严重影响?/p>

TBM

工作效率?/p>

刀圈失效形式主要包括:

正常磨损、非正常磨损、卷边、打刃、移位、崩裂等损坏形式?/p>

 

刀圈的工作环境和其失效的主要形式表明刀圈应具有高硬度?/p>

高耐磨性?/p>

高韧性?/p>

高?/p>

磨性有助于减少刀圈的磨损量,

延长工作时间从而减少停机换刀次数?/p>

高韧性能够减少打?/p>

和崩裂等现象的发生,有助于提?/p>

TBM

掘进速度。一般情况下,材料硬度的提高必然降低

其韧性,

而韧性的提高又会降低材料的硬度?/p>

工程生产中需要具有高硬度和高韧性的滚刀刀

圈,高韧性刀圈的开发成为刀圈研发的

1

个重要方向?/p>

 

高韧性的

TBM

滚刀刀圈的开发可考虑以下几方面:

1)

考虑合金元素

Ni

,材料中加入一

定量的合金元?/p>

Ni

,能够同时提高材料强度和韧性;

2)

从冶炼开始,注意提高钢的纯净化?/p>

均匀化和晶粒超细化,

可使刀圈材料的强韧性获得大幅提高;

3)

加强对材料热处理工艺参数

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滚刀刀圈材料性能的研?/p>

 

张占?/p>

1

,赵金华

1

,吴志生

1

,刘?/p>

2

,赵海峰

2

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3

 

(1

.太原科技大学

2

.北方重工集团有限公?/p>

3

.东北大?/p>

) 

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要:

隧道掘进机破岩的主要工具是刀圈。分析了刀圈常见失效形式,选取了两种刀圈,

用直读光谱仪测定其成分,

通过金相和透射电镜比较其显微组织,

用维氏硬度计和冲击试?/p>

测定了硬度和冲击功?/p>

刀圈一的硬度约?/p>

700HV

?/p>

冲击?/p>

2

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3J

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刀圈二的硬度大?/p>

530HV

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冲击?/p>

30

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40J

。比较了其生产工艺的不同,提高材料的纯净化、均匀化和细化晶粒,优?/p>

热处理工艺,刀圈材料在满足高硬度要求时可保证高韧性?/p>

 

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词:

TBM

滚刀刀圈;失效分析;显微组织;高韧性;热处?/p>

 

隧道全断面掘进机

(TBM)

具有快速、优质、高效、安全、环保的施工特点,近年来广泛

应用于隧道工程建设中。随着城市地铁的兴建和资源需求量的激增,国内?/p>

TBM

的需求量

越来越大?/p>

TBM

刀盘上的滚刀刀圈,是整套掘进设备中技术含量较高的机械备件,是

TBM

施工的关键部件和易损部件。在施工过程中,

滚刀的工作条件极其恶劣,消耗量极大?/p>

频繁

的换刀严重地影响了施工进度?/p>

为减少停机换刀次数?/p>

降低圈损耗,

开发出更高性能的滚刀

刀圈成为重要的研究方向?/p>

 

1 

破岩机理和影响效率的因素

 

TBM

刀盘在纵向油缸施加的推力作用下,将刀盘上的滚刀压入岩石,刀盘在旋转装置

的驱动下带动滚刀绕刀盘中心轴公转?/p>

同时各滚刀还绕各自的刀轴自转,

实现滚刀在岩面上

的连续滚压。刀盘施加给刀圈推力和滚动?/p>

(

转矩

)

,推力使刀圈压入岩体,滚动力使刀圈滚

压岩体。通过滚刀对岩体的挤压和剪切使岩体发生破碎,在岩面上切出一系列的同心圆?/p>

 

滚刀破岩主要分为

3

个阶段:

挤压阶段?/p>

起裂阶段和破碎阶段?/p>

挤压阶段中滚刀在高?/p>

力作用下?/p>

切入岩石表面,同时岩面产生局部变形及很高的接触应力?/p>

在此应力作用下,刀

刃与岩石接触部分的岩体产生粉碎区?/p>

即应力核心区?/p>

此核心区深度越深?/p>

范围越大对提?/p>

破岩效率越明显?/p>

在高应力的作用下进入起裂阶段?/p>

当沿粉碎区周边应力大于岩体的抗拉?/p>

度或抗剪强度时,

便产生张拉裂缝,

此为能否破岩的先决条件?/p>

在应力核心区下层是应力过

渡区?/p>

该区为应力衰减区?/p>

对岩体裂缝的产生不起控制性作用?/p>

在刀刃正下方分布有主裂缝?/p>

由于其方向与破岩方向一致,

因此也不能显著地提高破岩效率?/p>

但能加大下个循环中压入阶

段应力范围?/p>

破碎阶段过程中相邻滚刀的间距使起裂阶段产生的裂缝相互连通时?/p>

表面部分

岩体便被裂缝分割,形成碎片并脱离开挖面?/p>

 

影响刀圈破岩效率的因素有很多,

但根据以往工程实践及试验数据,

影响破岩效率的因

素主要有:脆?/p>

(

塑?/p>

)

和耐磨性。脆?/p>

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塑?/p>

)

是对岩石抗压强度、抗拉强度的综合评价,?/p>

用于抗压强度较大

(

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,而抗拉强度较?/p>

(

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)

岩石;耐磨性直接关系到盾构机掘进效率,?/p>

对刀具进行寿命及备品估算、工期筹划的主要依据?/p>

 

2 TBM

滚刀刀圈失效分?/p>

 

刀圈失效在掘进过程中经常发生,

严重影响?/p>

TBM

工作效率?/p>

刀圈失效形式主要包括:

正常磨损、非正常磨损、卷边、打刃、移位、崩裂等损坏形式?/p>

 

刀圈的工作环境和其失效的主要形式表明刀圈应具有高硬度?/p>

高耐磨性?/p>

高韧性?/p>

高?/p>

磨性有助于减少刀圈的磨损量,

延长工作时间从而减少停机换刀次数?/p>

高韧性能够减少打?/p>

和崩裂等现象的发生,有助于提?/p>

TBM

掘进速度。一般情况下,材料硬度的提高必然降低

其韧性,

而韧性的提高又会降低材料的硬度?/p>

工程生产中需要具有高硬度和高韧性的滚刀刀

圈,高韧性刀圈的开发成为刀圈研发的

1

个重要方向?/p>

 

高韧性的

TBM

滚刀刀圈的开发可考虑以下几方面:

1)

考虑合金元素

Ni

,材料中加入一

定量的合金元?/p>

Ni

,能够同时提高材料强度和韧性;

2)

从冶炼开始,注意提高钢的纯净化?/p>

均匀化和晶粒超细化,

可使刀圈材料的强韧性获得大幅提高;

3)

加强对材料热处理工艺参数

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TBM滚刀刀圈材料性能的研?- 冶金之家官方网站—炼铁技?- 百度文库
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TBM

滚刀刀圈材料性能的研?/p>

 

张占?/p>

1

,赵金华

1

,吴志生

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2

,赵海峰

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3

 

(1

.太原科技大学

2

.北方重工集团有限公?/p>

3

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) 

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要:

隧道掘进机破岩的主要工具是刀圈。分析了刀圈常见失效形式,选取了两种刀圈,

用直读光谱仪测定其成分,

通过金相和透射电镜比较其显微组织,

用维氏硬度计和冲击试?/p>

测定了硬度和冲击功?/p>

刀圈一的硬度约?/p>

700HV

?/p>

冲击?/p>

2

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刀圈二的硬度大?/p>

530HV

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冲击?/p>

30

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40J

。比较了其生产工艺的不同,提高材料的纯净化、均匀化和细化晶粒,优?/p>

热处理工艺,刀圈材料在满足高硬度要求时可保证高韧性?/p>

 

?/p>

 

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词:

TBM

滚刀刀圈;失效分析;显微组织;高韧性;热处?/p>

 

隧道全断面掘进机

(TBM)

具有快速、优质、高效、安全、环保的施工特点,近年来广泛

应用于隧道工程建设中。随着城市地铁的兴建和资源需求量的激增,国内?/p>

TBM

的需求量

越来越大?/p>

TBM

刀盘上的滚刀刀圈,是整套掘进设备中技术含量较高的机械备件,是

TBM

施工的关键部件和易损部件。在施工过程中,

滚刀的工作条件极其恶劣,消耗量极大?/p>

频繁

的换刀严重地影响了施工进度?/p>

为减少停机换刀次数?/p>

降低圈损耗,

开发出更高性能的滚刀

刀圈成为重要的研究方向?/p>

 

1 

破岩机理和影响效率的因素

 

TBM

刀盘在纵向油缸施加的推力作用下,将刀盘上的滚刀压入岩石,刀盘在旋转装置

的驱动下带动滚刀绕刀盘中心轴公转?/p>

同时各滚刀还绕各自的刀轴自转,

实现滚刀在岩面上

的连续滚压。刀盘施加给刀圈推力和滚动?/p>

(

转矩

)

,推力使刀圈压入岩体,滚动力使刀圈滚

压岩体。通过滚刀对岩体的挤压和剪切使岩体发生破碎,在岩面上切出一系列的同心圆?/p>

 

滚刀破岩主要分为

3

个阶段:

挤压阶段?/p>

起裂阶段和破碎阶段?/p>

挤压阶段中滚刀在高?/p>

力作用下?/p>

切入岩石表面,同时岩面产生局部变形及很高的接触应力?/p>

在此应力作用下,刀

刃与岩石接触部分的岩体产生粉碎区?/p>

即应力核心区?/p>

此核心区深度越深?/p>

范围越大对提?/p>

破岩效率越明显?/p>

在高应力的作用下进入起裂阶段?/p>

当沿粉碎区周边应力大于岩体的抗拉?/p>

度或抗剪强度时,

便产生张拉裂缝,

此为能否破岩的先决条件?/p>

在应力核心区下层是应力过

渡区?/p>

该区为应力衰减区?/p>

对岩体裂缝的产生不起控制性作用?/p>

在刀刃正下方分布有主裂缝?/p>

由于其方向与破岩方向一致,

因此也不能显著地提高破岩效率?/p>

但能加大下个循环中压入阶

段应力范围?/p>

破碎阶段过程中相邻滚刀的间距使起裂阶段产生的裂缝相互连通时?/p>

表面部分

岩体便被裂缝分割,形成碎片并脱离开挖面?/p>

 

影响刀圈破岩效率的因素有很多,

但根据以往工程实践及试验数据,

影响破岩效率的因

素主要有:脆?/p>

(

塑?/p>

)

和耐磨性。脆?/p>

(

塑?/p>

)

是对岩石抗压强度、抗拉强度的综合评价,?/p>

用于抗压强度较大

(

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)

,而抗拉强度较?/p>

(

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岩石;耐磨性直接关系到盾构机掘进效率,?/p>

对刀具进行寿命及备品估算、工期筹划的主要依据?/p>

 

2 TBM

滚刀刀圈失效分?/p>

 

刀圈失效在掘进过程中经常发生,

严重影响?/p>

TBM

工作效率?/p>

刀圈失效形式主要包括:

正常磨损、非正常磨损、卷边、打刃、移位、崩裂等损坏形式?/p>

 

刀圈的工作环境和其失效的主要形式表明刀圈应具有高硬度?/p>

高耐磨性?/p>

高韧性?/p>

高?/p>

磨性有助于减少刀圈的磨损量,

延长工作时间从而减少停机换刀次数?/p>

高韧性能够减少打?/p>

和崩裂等现象的发生,有助于提?/p>

TBM

掘进速度。一般情况下,材料硬度的提高必然降低

其韧性,

而韧性的提高又会降低材料的硬度?/p>

工程生产中需要具有高硬度和高韧性的滚刀刀

圈,高韧性刀圈的开发成为刀圈研发的

1

个重要方向?/p>

 

高韧性的

TBM

滚刀刀圈的开发可考虑以下几方面:

1)

考虑合金元素

Ni

,材料中加入一

定量的合金元?/p>

Ni

,能够同时提高材料强度和韧性;

2)

从冶炼开始,注意提高钢的纯净化?/p>

均匀化和晶粒超细化,

可使刀圈材料的强韧性获得大幅提高;

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加强对材料热处理工艺参数



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