热处理厂实习报告Word格式.docx
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采用高能密度加热和表面热处理时，加热速度极快，一般就没有保温时间或保温时间很短，而化学热处理的保温时间往往较长。
冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤，冷却方法因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度。
一般退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度更快。
但还因钢种不同而有不同的要求，例如空硬钢就可以用正火一样的冷却速度进行淬硬。
1.2.1调质
调质是淬火加高温回火的双重热处理。
高温回火是指在500-650℃之间进行回火。
调质可以使钢的性能，材质得到很大程度的调整，其强度、塑性和韧性都较好，具有良好的综合机械性能。
调质处理后得到回火索氏体。
回火索氏体是马氏体于回火时形成的，在光学金相显微镜下放大500~600倍以上才能分辨出来，其为铁素体基体内分布着碳化物（包括渗碳体）球粒的复合组织。
它也是马氏体的一种回火组织，是铁素体与粒状碳化物的混合物。
此时的铁素体已基本无碳的过饱和度，碳化物也为稳定型碳化物。
常温下是一种平衡组织。
45钢是中碳结构钢，冷热加工性能都不错，机械性能较好，且价格低、来源广，所以应用广泛。
它的最大弱点是淬透性低，截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采用。
1.2.2.淬火
淬火工艺是将钢加热到AC3或AC1点以上某一温度，保持一定时间，随即浸入淬冷介质中快速冷却获得马氏体和（或）贝氏体组织的热处理工艺。
淬火可以提高金属工件的硬度、强度及耐磨性，因而广泛用于各种工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齿轮、轧辊、渗碳零件等）。
通过淬火与不同温度的回火配合，可以大幅度提高金属的强度、韧性及疲劳强度，并可获得这些性能之间的配合（综合机械性能）以满足不同的使用要求。
淬火工艺主要用于钢件。
常用的钢在加热到临界温度以上时，原有在室温下的组织将全部或大部转变为奥氏体。
随后将钢浸入水或油中快速冷却，奥氏体即转变为马氏体。
与钢中其他组织相比，马氏体硬度最高。
钢淬火的目的就是为了使它的组织全部或大部转变为马氏体，获得高硬度，然后在适当温度下回火，使工件具有预期的性能。
淬火时的快速冷却会使工件内部产生内应力，当其大到一定程度时工件便会发生扭曲变形甚至开裂。
为此必须选择合适的冷却方法。
根据冷却方法，淬火工艺分为单液淬火、双介质淬火、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火4类。
淬火效果的重要因素，淬火工件硬度要求和检测方法:
淬火工件的硬度影响了淬火的效果。
淬火工件一般采用洛氏硬度计，测试HRC硬度。
淬火的薄硬钢板和表面淬火工件可测试HRA的硬度。
厚度小于0.8mm的淬火钢板、浅层表面淬火工件和直径小于5mm的淬火钢棒，可改用表面洛氏硬度计，测试HRN硬度。
淬火对厚度、直径较小的零件使用比较合适，对于过大的零件，淬火深度不够，渗碳也存在同样问题，此时应考虑在钢材中加入铬等合金来增加强度。
淬火是钢铁材料强化的基本手段之一。
钢中马氏体是铁基固溶体组织中最硬的相，故钢件淬火可以获得高硬度、高强度。
但是，马氏体的脆性很大，加之淬火后钢件内部有较大的淬火内应力，因而不宜直接应用，必须进行回火。
淬火加热温度：
以钢的相变临界点为依据，加热时要形成细小、均匀奥氏体晶粒，淬火后获得细小马氏体组织。
碳素钢的淬火加热温度范围如图所示。
由本图示出的淬火温度选择原则也适用于大多数合金钢，尤其低合金钢。
亚共析钢加热温度为Ac3温度以上30～50℃。
从图上看，高温下钢的状态处在单相奥氏体（A）区内，故称为完全淬火。
如亚共析钢加热温度高于Ac1、低于Ac3温度，则高温下部分先共析铁素体未完全转变成奥氏体，即为不完全（或亚临界）淬火。
过共析钢淬火温度为Ac1温度以上30～50℃，这温度范围处于奥氏体与渗碳体（A+C）双相区。
因而过共析钢的正常的淬火仍属不完全淬火，淬火后得到马氏体基体上分布渗碳体的组织。
这-组织状态具有高硬度和高耐磨性。
对于过共析钢，若加热温度过高，先共析渗碳体溶解过多，甚至完全溶解，则奥氏体晶粒将发生长大，奥氏体碳含量也增加。
淬火后，粗大马氏体组织使钢件淬火态微区内应力增加，微裂纹增多，零件的变形和开裂倾向增加；
由于奥氏体碳浓度高，马氏体点下降，残留奥氏体量增加，使工件的硬度和耐磨性降低。
实际生产中，加热温度的选择要根据具体情况加以调整。
如亚共析钢中碳含量为下限，当装炉量较多，欲增加零件淬硬层深度等时可选用温度上限；
若工件形状复杂，变形要求严格等要采用温度下限。
淬火保温：
淬火保温时间由设备加热方式、零件尺寸、钢的成分、装炉量和设备功率等多种因素确定。
对整体淬火而言，保温的目的是使工件内部温度均匀趋于一致。
对各类淬火，其保温时间最终取决于在要求淬火的区域获得良好的淬火加热组织。
加热与保温是影响淬火质量的重要环节，奥氏体化获得的组织状态直接影响淬火后的性能。
淬火冷却：
要使钢中高温相——奥氏体在冷却过程中转变成低温亚稳相——马氏体，冷却速度必须大于钢的临界冷却速度。
工件在冷却过程中，表面与心部的冷却速度有一定差异，如果这种差异足够大，则可能造成大于临界冷却速度部分转变成马氏体，而小于临界冷却速度的心部不能转变成马氏体的情况。
为保证整个截面上都转变为马氏体需要选用冷却能力足够强的淬火介质，以保证工件心部有足够高的冷却速度。
但是冷却速度大，工件内部由于热胀冷缩不均匀造成内应力，可能使工件变形或开裂。
因而要考虑上述两种矛盾因素，合理选择淬火介质和冷却方式。
冷却阶段不仅零件获得合理的组织，达到所需要的性能，而且要保持零件的尺寸和形状精度，是淬火工艺过程的关键环节。
淬火介质：
工件进行淬火冷却所使用的介质称为淬火冷却介质（或淬火介质）。
理想的淬火介质应具备的条件是使工件既能淬成马氏体，又不致引起太大的淬火应力。
这就要求在C曲线的“鼻子”以上温度缓冷，以减小急冷所产生的热应力；
在“鼻子”处冷却速度要大于临界冷却速度，以保证过冷奥氏体不发生非马氏体转变；
在“鼻子”下方，特别是Ms点以下温度时，冷却速度应尽量小，以减小组织转变的应力。
工件淬火冷却时，要使其得到合理的淬火冷却速度，必须选择适当的淬火介质。
目前生产中应用的冷却介质是水和油。
当冷却介质为20℃的自来水，工件温度在200～300℃时，平均冷却速度为450℃/s；
工件温度在340℃时，平均冷却速度为775℃/s；
工件温度在500～650℃时，平均冷却速度为135℃/s。
因此，水：
水的冷却特性并不理想，在需要快冷的500～650℃温度范围内，它的冷却速度很小，而在200～300℃需要慢冷时，它的冷却速度反而很大。
水是应用最早、最广泛、最经济的淬火介质，它价廉易得、无毒、不燃烧、物理化学性能稳定、冷却能力强。
通过控制水的温度、提高压力、增大流速、采用循环水、利用磁场作用等，均可以改善水的冷却特性，减少变形和开裂，获得比较理想的淬火效果。
但由于这些方法需增加专门设备，且工件淬火后性能不是很稳定，所以没有能得到广泛推广应用。
所以说。
纯水只适合于少数含碳量不高、淬透性低且形状简单的钢件淬火之用。
淬火油：
用于淬火的矿物油通常以精制程度较高的中性石蜡基油为基础油，它具有闪点高、粘度低、油烟少，抗氧化性与热稳定性较好，使用寿命长等优点，适合于作淬火油使用。
淬火油只使用于淬透性好、工件壁厚不大、形状复杂、要求淬火变形小的工件。
淬火油对周围环境的污染大，淬火时容易引起火灾。
影响淬火油冷却能力的主要因素是其粘度值，在常温下低粘度油比高粘度油冷却能力大，温度升高，油的流动性增加，冷却能力有所提高。
适当提高淬火油的使用温度，也能使油的冷却能力提高。
横轴的淬火
横轴淬火温度在A3+（30~50）℃，在实际操作中，一般是取上限的。
偏高的淬火温度可以使工件加热速度加快，表面氧化减少，且能提高工效。
为使工件的奥氏体均匀化，就需要足够的保温时间。
如果实际装炉量大，就需适当延长保温时间。
不然，可能会出现因加热不均匀造成硬度不足的现象。
但保温时间过长，也会也出现晶粒粗大，氧化脱碳严重的弊病，影响淬火质量。
我们认为，如装炉量大于工艺文件的规定，加热保温时间需延长1/5。
因为45钢淬透性低，故应采用冷却速度大的10%盐水溶液。
工件入水后，应该淬透，但不是冷透，如果工件在盐水中冷透，就有可能使工件开裂，这是因为当工件冷却到180℃左右时，奥氏体迅速转变为马氏体造成过大的组织应力所致。
因此，当淬火工件快冷到该温度区域，就应采取缓冷的方法。
由于出水温度难以掌握，须凭经验操作，当水中的工件抖动停止，即可出水空冷（如能油冷更好）。
另外，工件入水宜动不宜静，应按照工件的几何形状，作规则运动。
静止的冷却介质加上静止的工件，导致硬度不均匀，应力不均匀而使工件变形大，甚至开裂。
横轴调质件淬火后的硬度应该达到HRC56~59，截面大的可能性低些，但不能低于HRC48，不然，就说明工件未得到完全淬火，组织中可能出现索氏体甚至铁素体组织，这种组织通过回火，仍然保留在基体中，达不到调质的目的。
淬火设备主要分为中频淬火炉，高频淬火炉，工频淬火炉，还有及其配套电源。
1.3回火
回火是将淬火钢重新加热到A1以下某一温度，保温，然后冷却的热处理工艺。
回火决定了钢在使用状态的组织和性能。
回火的目的是为了稳定组织，消除淬火应力，提高钢的塑性和韧性，获得强度、硬度和塑性、韧性的适当配合，满足各种工件不同的性能要求。
根据回火温度可将钢的回火分为三类。
1、低温回火（150～250℃）
低温回火后的组织为回火马氏体，它是由过饱和的α相和与其共格的ε-Fe2.4C组成。
其形态仍保留淬火马氏体的片状或板条状。
低温回火的主要目的是保持淬火马氏体的高硬度（58～62HRC）和高耐磨性，降低淬火应力和脆性。
它主要用于各种高碳钢的刃具、量具、冷冲模具、滚动轴承和渗碳工件。
2、中温回火（350～500℃）
中温回火后的组织为回火托氏体，它是由尚未发生再结晶的针状铁素体和弥散分布的极细小的片状或粒状渗碳体组成，其形态仍为淬火马氏体的片状或板条状。
中温回火的主要目的是为了获得高的屈强比，高的弹性极限，高的韧性，回火托氏体的硬度为35～45HRC。
中温回火主要用于处理各种弹簧、锻模。
3、高温回火（500～650℃）
高温回火后的组织为回火索氏体，它是由已再结晶的铁素体和均匀分布的细粒状渗碳体组成。
由于铁素体发生了再结晶失去了原来淬火马氏体的片状或板条状形态，呈现为多边形颗粒状，同时渗碳体聚集长大。
钢的回火过程
淬火碳钢回火过程中的组织转变对于各种钢来说都有代表性。
回火过程包括马氏体分解，碳化物的析出、转化、聚集和长大，铁素体回复和再结晶，残留奥氏体分解等四类反应。
低、中碳钢回火过程中的转变示意地归纳在图1中。
根据它们的反应温度，可描述为相互交叠的四个阶段。
回火 第一阶段回火（250℃以下）马氏体在室温是不稳定的,填隙的碳原子可以在马氏体内进行缓慢的移动,产生某种程度的碳偏聚。
随着回火温度的升高，马氏体开始分解,在中、高碳钢中沉淀出ε-碳化物，马氏体的正方度减小。
高碳钢在50～100℃回火后观察到的硬度增高现象，就是由于ε-碳化物在马氏体中产生沉淀硬化的结果（见脱溶）。
ε-碳化物具有密排六方结构，呈狭条状或细棒状，和基体有一定的取向关系。
初生的ε-碳化物很可能和基体保持共格。
在250℃回火后，马氏体内仍保持含碳约0.25％。
含碳低于0.2％的马氏体在200℃以下回火时不发生ε-碳化物沉淀，只有碳的偏聚，而在更高的温度回火则直接分解出渗碳体。
第二阶段回火（200～300℃）残留奥氏体转变。
回火到200～300℃的温度范围，淬火钢中原来没有完全转变的残留奥氏体，此时将会发生分解，形成贝氏体组织。
在中碳和高碳钢中这个转变比较明显。
含碳低于0.4％的碳钢和低合金钢，由于残留奥氏体量很少，所以这一转变基本上可以忽略不计。
第三阶段回火（200～350℃）马氏体分解完成,正方度消失。
ε-碳化物转化为渗碳体（Fe3C）。
这一转化是通过ε-碳化物的溶解和渗碳体重新形核长大方式进行的。
最初形成的渗碳体和基体保持严格的取向关系。
渗碳体往往在ε-碳化物和基体的界面上、马氏体界面上、高碳马氏体片中的孪晶界上和原始奥氏体晶粒界上形核。
形成的渗碳体开始时呈薄膜状，然后逐渐球化成为颗粒状的Fe3C。
回火
第四阶段回火（350～700℃）渗碳体球化和长大,铁素体回复和再结晶。
渗碳体从400℃开始球化，600℃以后发生集聚性长大。
过程进行中，较小的渗碳体颗粒溶于基体，而将碳输送给选择生长的较大颗粒。
位于马氏体晶界和原始奥氏体晶粒间界上的碳化物颗粒球化和长大的速度最快，因为在这些区域扩散容易得多。
铁素体在350～600℃发生回复过程。
此时在低碳和中碳钢中，板条马氏体的板条内和板条界上的位错通过合并和重新排列，使位错密度显著降低，并形成和原马氏体内板条束密切关联的长条状铁素体晶粒。
原始马氏体板条界可保持稳定到600℃；
在高碳钢中,针状马氏体内孪晶消失而形成的铁素体，此时也仍然保持其针状形貌。
在600～700℃间铁素体内发生明显的再结晶，形成了等轴铁素体晶粒。
此后，Fe3C颗粒不断变粗，铁素体晶粒逐渐长大。
横轴的回火
横轴淬火后的高温回火淬，加热温度通常为560~600℃，硬度要求为HRC22~34。
因为调质的目的是得到综合机械性能，所以硬度范围比较宽。
但图纸有硬度要求的，就要按图纸要求调整回火温度，以保证硬度。
如有些轴类零件要求强度高，硬度要求就高；
而有些齿轮、带键槽的轴类零件，因调质后还要进行铣、插加工，硬度要求就低些。
关于回火保温时间，视硬度要求和工件大小而定，我们认为，回火后的硬度取决于回火温度，与回火时间关系不大，但必须回透，一般工件回火保温时间总在一小时以上。
1.4去应力退火
将工件加热至较低温度，保温一定时间后冷却，使工件发生回复，从而消除残余内应力的工艺称为去应力退火。
去应力退火又称低温退火（或高温回火），这种退火主要用来消除铸件，锻件，焊接件，热轧件，冷拉件等的残余应力。
如果这些应力不予消除，将会引起钢件在一定时间以后，或在随后的切削加工过程中产生变形或裂纹。
在实际生产中，去应力退火工艺的应用要比上述定义广泛得多。
热锻轧、铸造、各种冷变形加工、切削或切割、焊接、热处理，甚至机器零部件装配后，在不改变组织状态、保留冷作、热作或表面硬化的条件下，对钢材或机器零部件进行较低温度的加热，以去除（全部或部分的）内应力，减小变形、开裂倾向的工艺，都可称为去应力退火。
由于材料成分、加工方法、内应力大小及分布的不同，以及去除程度的差异，去应力退火温度范围很宽。
习惯上，把较高温度下的去应力处理叫作去应力退火，而把较低温度下的这种处理，称为去应力回火，其实质都是一样的。
二、金属表面热处理工艺
表面淬火是一种不改变钢的化学成分，但改变表层组织的一种局部热处理方法。
有许多零件是在弯曲，扭曲等受力复杂的条件下工作的。
这时候零件表层受到比心部高的多的应力作用，而且表面还要不断地被磨损，因此必须使工件表层得到强化，使它具有较高的强度，硬度，耐磨性及疲劳极限，而心部为了能承受冲击载荷的作用，仍应保持足够的塑性与韧性，通过表面淬火和表面化学热处理可以达到这些要求。
2.1表面淬火方法：
快速加热使钢的表面奥氏体化，不等热量传至中心，立即淬火冷却，这样我们就可获得表层硬而耐磨的M组织，心部仍保持原来塑性，韧性较好的退火、正火、或调质状态的组织。
2.2感应加热表面淬火
感应加热频率的选用
1.高频感应加热频率为200~300KHZ，淬硬层深度为0.5～2mm，主要用于淬硬层较薄的中，小型零件。
如：
小模数齿轮，中，小型轴的表面淬火。
2.中频感应加热频率为500～10000HZ，淬硬层深度2～8mm，主要用于处理淬硬层要求较深的零件。
直径较大的轴类和模数较大的齿轮等。
3.工频感应加热频率50HZ,淬硬层深度可达10～15mm，要求淬硬层较深的大直径零件，如轧辊，火车车轮。
4.超频感应加热频率20～40HZ,如：
中，小模数的齿轮，花键轴，链轮
2.3化学热处理
化学热处理是把钢制工件放置于某种介质中，通过加热和保温，使化学介质中某些元素渗入到工件表层，从而改变表层的化学成分，使心部与表层具有不同的组织与机械性能。
特点：
与其他热处理相比较，不仅它的组织发生了变化，而且化学成分也发生了变化。
2.3.1化学热处理的作用
强化表面：
提高工件某些机械性能，如：
硬度，耐磨性，疲劳极限。
保护工作表面：
提高工件的物理，化学性能，如：
耐高温，耐腐蚀性。
2.3.2化学热处理的种类
扩散元素使非金属元素能与铁形成间隙固溶体，如渗碳，氮化几渗硼，它们一般都会明显增加钢的表面硬度及耐磨性。
扩散元素使金属元素能与铁形成置换固溶体，如渗铬，渗铅，渗硅。
渗铬
可提高耐磨性和耐腐蚀性；
渗铅可增加高温抗氧化性；
渗硅可提高耐酸能力。
总之是改善表面的物理，化学性能。
2.3.3化学热处理的过程
分解：
化学介质要首先分解出具有活性的原子；
吸收：
工件表面吸收活性原子而形成固溶体或化合物；
扩散：
被工件吸收的活性原子，从表面想内扩散形成一定厚度的扩散层。
2.3.4渗碳的目的及用途
有许多的零件，它们在工作时，受力复杂，如汽车，拖拉机的变速齿轮，活塞销，摩擦片及轴类，对这些零件德望要求是表面硬而耐磨，心部强度，韧性要
好，且疲劳强度要高，这些性能，仅是选材和加热是很难满足的，高碳钢淬火，
低碳钢淬火，感应加热表面淬火都不理想。
因此提出渗碳。
2.3.5渗碳方法
固体渗碳法:
零件放在渗碳箱中，四周填满固体渗碳剂，用盖和耐火泥将箱密封，然后放入加热炉，加热到900～950°
C，保温一定时间后出炉，就可以获得表层渗碳工件。
气体渗碳法:
把工件置于密封的加热炉中，通入渗碳剂，加热到渗碳温度900～950°
C。
2.3.6渗碳体的技术要求
渗碳层最佳含碳量0.85～1.05%。
表面层含碳量过低，淬火+低温回火所得到的是含碳量较低的回火M，这些M硬度低，耐磨性差，疲劳极限也低。
表面含碳量过高，渗碳层会出现大量块状或网状渗碳体，渗碳层变脆，
易脱露，残A的增加。
也会使表面硬度，耐磨性下降。
2.3.7渗碳后的热处理
工件渗碳后必须进行热处理，只有这样才能发挥出渗碳层的作用，渗碳后常
见的有以下三种热处理方法：
直接淬火法:
工件的渗碳温度为900~950°
C,渗碳后+先预冷+淬火+低回预冷的目的是为了减少淬火变形与开裂，并使表层析出一些碳化物，降低残A，提高表层硬度，预冷温度略高于Ar3,目的是为避免析出铁素体。
一次淬火法:
渗碳后出炉缓冷+再加热到淬火温度进行淬火+低回
二次淬火法:
渗碳+缓冷+第一次淬火（或正火）（细化心部组织，消除表层网状渗碳体,（850～900°
C）
渗碳+缓冷+第二次淬火（或正火）（改善碳化层组织与性能750～800°
C）；
渗碳+缓冷+低回。
三、金属的锻造工艺
利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法。
通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。
相关机械中负载高、工作条件严峻的重要零件，除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外，多采用锻件。
3.1锻造的分类
1.根据坯料的移动方式锻造可分为自由锻、镦粗、挤压、模锻、闭式模锻、闭式镦锻。
2.根据变形温度锻造又可分为热锻（锻造温度高于坯料金属的再结晶温度）、温锻（锻造温度低于金属的再结晶温度）和冷锻（常温）。
钢的再结晶温度约为460℃，但普遍采用800℃作为划分线，高于800℃的是热锻；
在300～800℃之间称为温锻或半热锻。
3根据锻模的运动方式锻造又可分为摆辗、摆旋锻、辊锻、楔横轧、辗环和斜轧等方式。
锻造设备的模具运动与自由度是不一致的，根据下死点变形限制特点，锻造设备可分为下述四种形式：
限制锻造力形式：
油压直接驱动滑块的油压机。
准冲程限制方式：
油压驱动曲柄连杆机构的油压机。
冲程限制方式：
曲柄、连杆和楔机构驱动滑块的机械式压力机。
能量限制方式：
利用螺旋机构的螺旋和磨擦压力机。
为了获得高的精度应注意防止下死点处过载，控制速度和模具位置。
因为这些都会对锻件公差、形状精度和锻模寿命有影响。
另外，为了保持精度，还应注意调整滑块导轨间隙、保证刚度，调整下死点和利用补助传动装置等措施。
3.2锻造的材料和流程
锻造用料主要是各种成分的碳素钢和合金钢，其次是铝、镁、铜、钛等及其合金。
材料的原始状态有棒料、铸锭、金属粉末和液态金属。
金属在变形前的横断面积与变形后的横断面积之比称为锻造比。
正确地选择锻造比、合理的加热温度及保温时间、合理的始锻温度和终锻温度、合理的变形量及变形速度对提高产品质量、降低成本有很大关系。
一般的中小型锻件都用圆形或方形棒料作为坯料。
棒料的晶粒组织和机械性能均匀、良好，形状和尺寸准确，表面质量好，便于组织批量生产。
只要合理控制加热温度和变形条件，不需要大的锻造变形就能锻出性能优良的锻件。
铸锭仅用于大型锻件。
铸锭是铸态组织，有较大的柱状晶和疏松的中心。
因此必须通过大的塑性变形，将柱状晶破碎为细晶粒，将疏松压实，才能获得优良的金属组织和机械性能。
经压制和烧结成的粉末冶金预制坯，在热态下经无飞边模锻可制成粉末锻件。
锻件粉末接近于一般模锻件的密度，具有良好的机械性能，并且精度高，可减少后续的切削加工。
粉末锻件内部组织均匀，没有偏析，可用于制造小型齿轮等工件。
但粉末的价格远高于一般棒材的价格，在生产中的应用受到一定限制。
、
对浇注在模膛的液态金属施加静压力，使其在压力作用下凝固、结晶、流动、塑性变形和成形，就可获得所需形
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