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车架材料及优缺点

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铝合金车架铝合金可以制作重量轻的车架
铝的比重轻但不够硬,为了增强强度把它制成合金并施予热处理。热处理采用时效析出增强法,简单地说,在金属内形成一种妨碍金属变形的物质。在某种高温下进行热处理时,会引起时效析出,若没有经过这个程序的车架,也会引起常温时效。就是说把车架放置在房间内也会逐渐变强。
许多铝合金制车架用6061T6材料来制造。T6标志表示经过热处理、时效。若没有热处理的话强度只能达到1/2,或者1/5的程度。
有7075标志的自行车零件(如XTR曲柄等),严格来讲没有经过热处理。也就是说因没有时效,因此是常温时效。7075合金本来就必要进行热处理,通过热处理其强度可以增加5倍。
另外,7005合金也常用来制造车架,它的强度比不上7075,但是它在常温下也能够进行足够的时效的材料。这种材料也可用Padded加工制成薄料。但是材料本身的强度及杨氏弹性模量低,因此加粗管道直径来提高刚性。通常被称作铝制粗管道的是这种类型。
长时间使用外观不怎么变化
铝本身是很容易受腐蚀的金属,在空气中几乎不存在没有被氧化的铝,放置在空气中马上被氧化而形成很薄的氧化膜。为什么不生锈呢?原因是该氧化膜达到一定的程度时防止继续生锈。该氧化膜几乎是无色因此外观上不容易发现变化(有时会发白)。
另一方面,骑这种材料制造的自行车时,骑的次数越多,应力发生的次数也高,强度也显著引起变化。近来为了谋求轻量,许多车架使用薄料来制作(薄的程度已达到极限)。这些都是使用没有疲劳极限的铝合金来制作车架,到底长时间使用后强度变化将是如何呢!Dedacciai公司制作的SC61-10A等是表面施有喷丸硬化加工(KET处理)的管道,这种加工的目的是延长疲劳的寿命。根据公开的数据,能提高140%。,KET处理是:疲劳破坏是在金属表面上所发生的裂缝为起因,因此用硬化加工技术来提高金属表面的硬度。
铝合金车架的缺点
铝是弹性率及刚性低的材料。因此采用粗的管道,或者改变形状如cross-over管、padded管等。
 必需进行热处理,否则强度不够。因此一般的规模不大的工厂无能力购买热处理设备。尤其是6000系的铝合金管,多数情况是管道厂家指定热处理条件。


1楼2013-10-23 22:15回复
    钛、钛合金(Ti,Ti-Al-V)及其优点
    可以制作轻量而强度大的车架
    纯钛金属的强度更高。在钛金属中添加铝和钒,弹性更高(和铝比较),也有利于设计。
    不生锈
    钛在一般的环境下几乎不会被腐蚀。但是它有另一种腐蚀现象即异种金属腐蚀。例如,不同种类的合金接合在一起时,成为电极状态,电位差使局部通电引起腐蚀。对此现象采取的措施是用脂膏等来绝缘(混有金属粉末的脂膏,如商品名:Ti Plepu等)。这种金属粉末防止脂膏流失,即使流失后也用来防止紧密接触。这种金属粉末有导电性也不要紧,接触后被较小的荷重破坏掉。这种现象称为“粘住”,它和“烘焙”是不同的。
    “粘住、咬合”:金属之间通过腐蚀来接合的现象。
    “烘焙接合”:加工金属时所产生的热量来溶融接合。
    骑感好
    钛也用在避震器的弹簧上。现在用钛制成的车架适合于长时间的骑行。有些车手酷爱钛制车架,认为骑感极佳。但是个人各异,有人和铬钼钢比较后认为,铬钼钢的车架冲击吸收性比钛车架好,骑感也比钛车架好(这和铬钼钢车架的形状以及用薄的管的结果应力得到增大也有关)。假若钛管的加工技术得到进一步改进,也许会有和铬钼钢同样的骑感。
    有些钛制车架使人感到摇摆,这也许是使用plane管(没有加padded的,厚薄不能变化的管)有关。或者虽使用高强度的钛合金,但没有用薄的管等也有关系。
    钛合金车架的缺点
    价格高
    钛在自然界以二氧化钛的形态存在,提练及加工过程复杂,技术要求高,并花时间因此成本高。再有溶接加工极为困难,因为钛和氧的亲和力极强,和空气接触后马上变成二氧化钛,而二氧化钛硬而脆,该部分的强度会不断下降。因此用惰性气体小心焊接。通常所说的Tig焊接是:(Tig:钨、惰性气体的略语)用钨电极及氩气体进行弧焊接。钛的焊接必需隔绝空气下进行。由于以上原因钛车架价格很贵。
    近来有些铝合金车架比钛合金车架价格贵,这说明钛合金车架的价格下降了。其因是冷战结束后军费缩小,钛的用量少了;优秀的技术员开始用钛来制作车架;制作钛车架的成本降低等原因。
    历史
    美国在60年代首次使用钛合金来制作自行车车架。钛合金给人的印象是“轻而硬”。早期的钛合金车架,作为比赛用车,刚性不足,其车架不适合于长距离赛车,也不是适用于所有的比赛,只适合用在山地,或者Big reces, Time traial等需要轻型车的特定的场合。开始时钛合金使一些人着迷,曾经有些热中于轻量化的骑手,把所有的螺丝都换成钛合金制的才满意。钛金属给一些人错觉,贵而稀有,实际上钛是地球上埋藏量丰富的元素之一。只是由于合金的制作成本高,价格才较贵。
    金属钛比重轻、强度大,同时耐腐蚀性高的材料,一般用在特殊的环境里。在金属钛里添加铝、钒(Li.V)时强度显著提高,热处理也和铝合金一样通过时效处理可以提高强度
    钛合金的机械性能
    合金名称 区分 拉伸强度(MPa) 耐力(Mpa) 伸长(%) E(GPa)
    纯钛 JIS 3种 480~620 345 18 105
    Grade 4 550 480 15
    PTT800 800
    UTT75 750
    3-2.5Ti 退火 685 590 20 —
    6-4Ti 退火 980 920 14 110


    2楼2013-10-23 22:16
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      碳纤维
      碳纤维车架的优点
      (1).可以制作重量轻的车架
      碳纤维车架是把碳纤维对着发生应力的方向层层叠而得到强度。碳纤维车架非常轻,这是它的密度和强的拉伸强度构成的。
      捷安特的碳纤维车架非常轻,2000年的型号1.2kg重
      (2).冲击吸收性好
      碳纤维用来制作残疾者运动时用的假腿,或者特殊的弹簧等被用在各领域。利用它的吸收冲击力优异的性能,制作不用避震器的自行车。如SCOTT厂的ELEVATED车架是著名的。但是各个厂家之间的品质差异较大,有的很硬,因此这种车架乘骑后才能知道好或者不好。
      (3).可以制造各种形状的车架
      碳纤维的基本成型方法是,在模具上铺上纤维片然后流入树脂并烧固。可以制成各种形状的车架。如TREK的Y车架是著名的。
      ●碳纤维车架的缺点
      (1).复杂的应力计算
      构成碳纤维车架的是碳纤维,它的特点是拉伸强度强,但剪断强度弱,加工时需要进行复杂的应力计算(纵刚性、横刚性),根据计算把碳纤维片重叠成型。加工技术各厂家各异,应选择有经验而可*厂家的制品是很重要的。
      (2).难于更改尺寸
      由于作好模具后成型,难于更改尺寸。无法相应多尺寸多款式的订单。
      (3).老化?
      使用树脂因此会不会老化?这是一个存在的课题,它放置在阳光下时会逐渐变白。当然这种现象关系到厂家的技术。最好不要放置在阳光下。


      3楼2013-10-23 22:17
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        越野E族上的文章
        介绍一下不同材质的车架材料:铝合金,钪合金,钢,钛,和碳纤维
        先说铝合金:
        铝合金是纯铝中加入Mg,Zn,Si,Cu等金属的合金。铝本身具有轻量、可塑性好、耐腐蚀等优点,加入其他金属后显著提高了机械性能。
        自行车所使用的铝合金多数为
        6000系(Al-Mg-Si)和7000系(Al-Zn-Mg-Cu)两种,
        经过热处理(铝耐高温,在高温下能改变性质)可以制成名种各样的材料。
        6000系被认为是耐腐蚀、强度好、焊接性也好的材料。
        7000系是铝合金中最强的材料。尤其是7075是特超硬铝(制造飞机的材料),但是它的焊接难度大,耐腐蚀性差(会发白)等。
        2 铝合金车架的优点
        (1).可以制作重量轻的车架
        铝的比重轻但不够硬,为了增强强度把它制成合金并施予热处理。热处理采用时效析出增强法,简单地说,在金属内形成一种妨碍金属变形的物质。在某种高温下进行热处理时,会引起时效析出,若没有经过这个程序的车架,也会引起常温时效。就是说把车架放置在房间内也会逐渐变强。
        许多铝合金制车架用6061T6材料来制造。T6标志表示经过热处理、时效。若没有热处理的话强度只能达到1/2,或者1/5的程度。
        有7075标志的自行车零件(如XTR曲柄等),严格来讲没有经过热处理。也就是说因没有时效,因此是常温时效。7075合金本来就必要进行热处理,通过热处理其强度可以增加5倍。
        另外,7005合金也常用来制造车架,它的强度比不上7075,但是它在常温下也能够进行足够的时效的材料。这种材料也可用Padded加工制成薄料。但是材料本身的强度及杨氏弹性模量低,因此加粗管道直径来提高刚性。通常被称作铝制粗管道的是这种类型。
        (2)长时间使用外观不怎么变化
        铝本身是很容易受腐蚀的金属,在空气中几乎不存在没有被氧化的铝,放置在空气中马上被氧化而形成很薄的氧化膜。为什么不生锈呢?原因是该氧化膜达到一定的程度时防止继续生锈。该氧化膜几乎是无色因此外观上不容易发现变化(有时会发白)。
        另一方面,骑这种材料制造的自行车时,骑的次数越多,应力发生的次数也高,强度也显著引起变化。近来为了谋求轻量,许多车架使用薄料来制作(薄的程度已达到极限)。这些都是使用没有疲劳极限的铝合金来制作车架,到底长时间使用后强度变化将是如何呢!Dedacciai公司制作的SC61-10A等是表面施有喷丸硬化加工(KET处理)的管道,这种加工的目的是延长疲劳的寿命。根据公开的数据,能提高140%。,KET处理是:疲劳破坏是在金属表面上所发生的裂缝为起因,因此用硬化加工技术来提高金属表面的硬度。
        3 铝合金车架的缺点
        1).铝是弹性率及刚性低的材料。因此采用粗的管道,或者改变形状如cross-over管、padded管等。
        (2).需要进行热处理
        必须进行热处理,否则强度不够。因此一般的规模不大的工厂无能力购买热处理设备。尤其是6000系的铝合金管,多数情况是管道厂家指定热处理条件。
        4 几种车架材料的机械性能的数值比较:
        (1) 密度:
        用在自行车上的材料 密度(g/cm^3)
        铬钼钢(低合金钢) 7.9
        铝合金 2.6-2.9
        钛 4.5
        钛合金 4.3-5.1
        自行车上最常见的铝合金型号
        6000 7000 7075 7005 6061 2093 2000 6061高\低成色 原色矿石铝合金 阿伯其铝合金


        4楼2013-10-23 22:21
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          一、分类 :展伸材料分非热处理合金及热处理合金
          1.1 非热处理合金:纯铝—1000系,铝锰系合金—3000系,铝矽系合金—4000系,铝镁系合金—5000系。
          1.2 热处理合金:铝铜镁系合金—2000系,铝镁矽系合金—6000系,铝锌镁系合金—7000系。
          二、合金编号:我国目前通用的是美国铝业协会〈Aluminium Association〉的编号。
          举例说明如下:1070-H14(纯铝)
          2017-T4(热处理合金)
          3004-H32(非热处理合金)
          2.1第一位数:表示主要添加合金元素。
          1:纯铝
          2:主要添加合金元素为铜
          3:主要添加合金元素为锰或锰与镁
          4:主要添加合金元素为矽
          5:主要添加合金元素为镁
          6:主要添加合金元素为矽与镁
          7:主要添加合金元素为锌与镁
          8:不属於上列合金系的新合金
          2.2第二位数:表示原合金中主要添加合金元素含量或杂质成分含量经修改的合金?BR>0:表原合金
          1:表原合金经第一次修改
          2:表原合金经第二次修改
          2.3第三及四位数:
          纯铝:表示原合金
          合金:表示个别合金的代号
          ”-〃:后面的Hn或Tn表示加工硬化的状态或热处理状态的链度符号
          -Hn :表示非热处理合金的链度符号
          -Tn :表示热处理合金的链度符号
          6061和7005的技术指标相接近,7005比6061更硬,且可以抽制db不等管,山地车架极端轻量15寸可做1400多克,公路车架可做到48架高1200多克,据说经过7道延展工艺后的tb管还可以令车架再轻100到150克。
          从98年开始,台湾就在研究一款比6061和7005更好,但比钪合金更便宜的铝材料来做车架,后来就诞生了u6(6063铝合金),u6并不是6000级铝族的一个延伸,这仅是其一个代号,据说还有个别名,这种铝材的强度重量比和7005更高,但不如钪合金铝,但是材料中由于添加成分不同,所以铝材居然具有了新的特性,也就是具有了一点弹性,这种铝生产车架也不会产生类似6061和7005的死硬,用于攀爬车架的时候,后叉的这点弹性可以避免车架更容易遭受冲击的直接伤害,将冲击力度花费在轻微的金属型变上,目前国内最著名的两家攀爬车架公司深圳的echo和石家庄的speed-race,都使用u6铝合金生产其出口级铝架。另外还有些比如闪电s-work采用的特殊铝材(有人称其为u7),以及目前最新的加入了钛敲击声如陶瓷的KINESIUM合金.今年年低或者明年,还可能会出现u8合金,现在正在研制中。7075是可以焊接的但难度极大,使用4000号焊条,但是这种焊条的强度不足,只能用于焊车架过线器等部位,所以目前7075不适合规模化做车架。
          7075目前台湾已经开始生产,过去是美国军方的一种机密金色,用于做战斗机外壳,铝中添加了大量的锰,使得硬度非常的高,但是脆性也是非常的大,其金属具有特殊的分子方向型,这种方向性成就了这种合金的朝硬度,所以这种铝不适合用于铸造件的生产,通常是金属合成后,锻造在cnc切割,以保持其金属分子方向性。目前世界上只有几个不多的工厂可以对其进行铸造保持分子方向性,如德国的西塔公司,就能铸造生产7075龙头。U6就是6063,mega-lite6066铝合金,具有比u6更好一点的弹性,speed race出口车架在204将会使用;另外,pulo车料在展会也展出了U6pro,基本上已经是u7,明年可能会出现u8。


          5楼2013-10-23 22:25
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            铝合金型材生产包括熔铸、挤压和氧化三个过程。
            1.熔铸是铝材生产的首道工序。主要过程为:
            (1)配料:根据需要生产的具体合金牌号,计算出各种合金成分的添加量,合理搭配各种原材料。
            (2)熔炼:将配好的原材料按工艺要求加入熔炼炉内熔化,并通过除气、除渣精炼手段将熔体内的杂渣、气体有效除去。
            (3)铸造:熔炼好的铝液在一定的铸造工艺条件下,通过深井铸造系统,冷却铸造成各种规格的圆铸棒。
            2、挤压:挤压是型材成形的手段。先根据型材产品断面设计、制造出模具,利用挤压机将加热好的圆铸棒从模具中挤出成形。常用的牌号6063合金,在挤压时还用一个风冷淬火过程及其后的人工时效过程,以完成热处理强化。不同牌号的可热处理强化合金,其热处理制度不同。
            3、氧化:挤压好的铝合金型材,其表面耐蚀性不强,须通过阳极氧化进行表面处理以增加铝材的抗蚀性、耐磨性及外表的美观度。其主要过程为:
            (1)表面预处理:用化学或物理的方法对型材表面进行清洗,***出纯净的基体,以利于获得完整、致密的人工氧化膜。还可以通过机械手段获得镜面或无光(亚光)表面。
            (2)阳极氧化:经表面预处理的型材,在一定的工艺条件下,基体表面发生阳极氧化,生成一层致密、多孔、强吸附力的AL203膜层。
            (3)封孔:将阳极氧化后生成的多孔氧化膜的膜孔孔隙封闭,使氧化膜防污染、抗蚀和耐磨性能增强。氧化膜是无色透明的,利用封孔前氧化膜的强吸附性,在膜孔内吸附沉积一些金属盐,可使型材外表显现本色(银白色)以外的许多颜色,如:黑色、古铜色、金黄色及不锈钢色等。
            铝合金的牌号代表了他们的强度,强度越高越好,但强度与工艺也有关,比如T6之后的6061-T6的强度与SS400有相同的相许应力,也就是说其硬度可能大于没有T6的7075,而且CNC的强度更大,比如SHIMANO的XTR曲柄严格来讲没有经过T6,所以即使是用了7075CNC的盘片和曲柄,还是有人说TV的比它硬......一般是牌号越大,就越硬.不过像2014 2024的是超硬铝.1,3,4系属非热处理铝,6061不能CNC,这里不谈这些.拿LZ的7005来说,7005铝是由Al-Zn-Mg-Cu合成的,密度2780KG/M3,在加工上,7005液相线温度是643C‘,固相线温度是604C‘,退火温度是345C‘400C‘ T53:挤压机淬火后,先以自然时效72h而后人工时效60-110C‘要8h 145-155C‘要16h.但是7005如果热处理不妥,会有应力腐蚀.不过LZ用7005的也很不错了.....
            一般情况下1xxx是纯铝,3xxx是铝锰合金,这两个系列都不是很好,强度也是最差的,5xxx是铝镁合金,强度一般也不是很高,在向上面就是6xxx,自行车上面一般都是6061或者6063的,这种比较常见,再向上面就是2xxx,一般2024 2017,这种还可以,但是因为含铜,比较容易腐蚀,最好的就是7xxx,一般自行车上面采用的是6061 6063 7005 7075 ,7075比7005好,一般情况下,保持40公里每小时,撞倒什么东西不会变形。
            1. 目前铝合金车架普遍使用的材料是7005与6061两种。
            2. 7000系列主要以锌为主要合金,成分比例达到6%。6000系列主要以镁和矽为主要合金,总成分比例较低。
            3. 论强度的话7005较强,但只是稍微强一点,从表中可以看出来,yield strength(让铝材永久弯曲变形的力度)只比6061强一点。
            4. 所有用作车架材料的铝合金都经过热处理T6,
            5. 但论整体来讲,6061是较好的材料。由于7005含其他金属比例高,所以焊接,处理都比较困难,尤其是7075(后两个数字代表含合金比例)它的比例更高,所以一般是不能用作车架的材料。相比之下,6061由于含其他金属比例较低,因此可以通过异型,各种处理来增加它的强度和减低它的风阻,甚至可以做到3次抽管来减低重量。
            6. 虽然7005管购买价比较高,但整体来讲6061的生产成本比较高,因为6061所经过的热处理和其他工序比较烦琐复杂。因此6061的车架一般比较贵。也因此大多比较高端的车架(如TCR)也使用6061.
            纯铝的硬度不高,比较软,但是合金就很硬了。通过加入不同的金属可以得到各种合金,6061,7005,7075都是铝合金的型号。
            6061是最普遍的铝材,轻,强度好,而且经济实惠。
            7005是轻化铝材,强度比6061稍微高点,但是轻了很多,价格也高。
            7075是最轻且强度最高的的铝材,价格也超级贵!7075的强度不亚于钢了。
            另外还有就是Estane铝材,estane是--聚氨基甲酸乙酯,是一种弹性纤维,混合在铝材中,可以彻底解决铝合金的硬度过高的问题。还没见过有哪种estane铝材的车架价格低于7000人民币。主要用来做DH,目前知道的就只有Giant DH team了。DH comp是7075 T6,DH team是 7075 estane,外观一样,差别就跟XT与XTR一样,材料的本质差别。这也可以解释同样都是铝合金的车架,为什么便宜的只有几百,贵的就上好几千。最后,还有一个T6,是一种金属加工工艺,T6标志表示经过热处理、时效。若没有热处理的话强度只能达到1/2,或者1/5的程度。
            其他材质:
            钢: 合金也有好几种,弹性不错。适合做细节零件,在微小零件上铝合金的强度就因为硬度而影响了。
            碳纤: 轻,强度一般(但也够高了)压缩后的碳纤韧性介于钢与铝之间。价格还好。但即使不用,寿命也受时间影响。
            镁合金:重量轻,强度还行,耐磨。用于碟刹碟片和减震。manitou的都是用镁合金做减震的套管。
            钛合金:不知道添加了什么,感觉上和钛的性质差了很多,很好也很贵。
            T6 是一种热处理工艺,为了使金属表面产生淬火层,达到更高的硬度。一次T6 热处理要花二十多个小时。
            补充一些东西:
            热处理,在进行T6热处理之前,一般是进行T4热处理,时间长度为十几个小时,之后出热处理炉,冷却,校形,再进入T6 热处理炉,做二十多个小时的T6热处理。之后出来再检查一下是否需要校正,不需要的就可以开始做图装,打标出厂了。其实热处理的种类非常多,像以前美利达帮闪电作的一款架子上面使用的是U7热处理工艺,那个的具体工艺流程就不知道了。
            车架的制作过程一般是厂家买来不同直径的圆形或者方形管材,然后上机器把直管压制成需要的弯曲度,如果要抽管也是上机器抽,如果是需要异型管材就用圆管或者方管用机器压出来,之后就是焊接,焊接分两道工序,第一道是用几个点焊把管材连接在一起,之后就是正式的用鱼鳞焊把车架牢固的焊接在一起,然后上台架校正,之后要用酸把车架表面的氧化层洗掉,然后就是T4,T6 的热处理工序了。如果是钛架,焊接就要用氩弧焊以保证质量了。
            钢的韧性好,一般运动车如果使用钢架都是使用铬钼钢,价格比较贵,更高级的钢材型号有653,853等等,那些钢材制成的钢架的价格就远比铝价贵了。但是钢架的弹性,可修复性都比一般的铝架好的多,就是太重了。
            碳纤维是一种复合材料,大致可分为:碳碳复合材料和碳氧复合材料,碳纤维的特点是韧性好,很多高级的碳纤维的产品的韧性可以达到让人瞠目结舌的程度,例如一根高端的碳纤把横,在厂家的测试机上可以被弯成像弓一般,而不断裂,当然机器上的力量和人手上的力量不是一个概念了。碳纤维材料只要用钢材的四分之一的重量就可以达到钢材的强度。而且易于塑形,适合在公路车架上面做出符合流体力学的外形来,而且更轻,吸收微小振动的性能也不逊于钢架。
            镁合金的特性是,比铝合金轻,吸震性能好。所以适合做车架和前叉的外管,但是不耐磨,硬度稍差,所以不能做前叉内管。镁合金经过特殊处理可做碟刹片,也有过铝合金碟片的,是ALEX轮组上带的一对,表面淬火处理的很有意思,硬度很高,不知道到底是怎么做的。很漂亮的碟片。
            钛合金是在纯钛中掺入了很多不同种类的金属,有铝,钒等等等等,非常多,掺入不同的金属可以制造出特性差异极大的钛合金出来,纯钛因为太软所以不是很适合使用在受力较大的运动器械上。
            这些型号的强度差别不太大,原材料价格也差不了太多。6061为最常用的铝合金材料,汽车、摩托车包括自行车用得比较多,价格低,上到7系强度要大一些,工艺性相对6系铝材而言也要差一些(但铝合金材料的工艺性都很好),当然价格要高,但高不了太多(对于各种型号的铝合金的价格从网络上很简单的就可以知道个大体)。材料的区别并不是车架价格的主要因素,(以下只代表优秀品牌)研发才是主要的,某个车架,如果多用普及型管材,就算是用了7075,那价格也不会高到哪儿去,但如果多用异型管材和特殊结构,价格当然就上去了。美洲的很多品牌多用7005和7075,比如GT、MOUTAINCYCLE、ROCKYMOUNTAIN、KONA这一类的现在DA BOMB也多用7系铝了,捷安特也把6系档次提高了,美丽达还在铝镁合金上下功夫。


            6楼2013-10-23 22:25
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              以上资料可供参考


              7楼2013-10-26 15:18
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