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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TLALNEPANTLA SUBDIRECCIÓN ACADÉMICA DESARROLLO ACADÉMICO SECRETARÍA DE EDUCACIÓN PÚBLICA SUBSECRETARÍA DE EDUCACIÓN SUPERIOR

ALUMNO

INSTITUTO TECNOLOGICO DE TLALNEPANTLA

Ovando Aguilar Hugo Esteban

PROFESOR

DEPARTAMENTO

Ing. Ignacio Cedillo Villagrán

Metal mecánica

CARRERA

PLAN DE ESTUDIOS

NOMBRE DE LA ASIGNATURA

Ingeniería Mecánica

Competencias

GRUPO 1M4

CLAVE DE LA ASIGNATURA

Mecánica de materiales

MED 1020

´

PRÁCTICA No.

LABORATORI O DE

NOMBRE DE LA PRÁCTICA

1

Ingeniería Mecánica

Ductilidad

FECHA DE LA REALIZACIÓN 2 de abril del 2014

Mecánica de materiales

SECCION Ensayos destructivos

DURACI ÓN 2:00 h

FECHA DE ENTREGA DEL REPORTE

9 de abril del 2014

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I. INDICE Tema

No. de pagina

I.

Objetivo………………………………………………………………………………………..2

II.

Consideraciones teóricas……………………………………………………………………2

III. Metodología del ensayo……………………………………………………………………..7 IV. Equipo utilizado………………………………………………………………………………13 V.

Norma utilizada……………………………………………………………………………….15

VI. Dibujo de la maquina………………………………………………………………………..17 VII. Dibujo de la probeta antes del ensayo…………………………………………………….18 VIII. Dibujo de la probeta después del primer ensayo…………………………………………19 IX. Dibujo de la probeta después del segundo ensayo………………………………………20 X.

Dibujo de la probeta después del tercer ensayo………………………………………….21

XI. Tabla de datos………………………………………………………………………………..22 XII. Cálculos realizados…………………………………………………………………………..25 XIII. Tabla de resultados………………………………………………………………………….26 XIV. Cuestionario…………………………………………………………………………………..26 XV. Conclusiones…………………………………………………………………………………28 XVI. Bibliografía……………………………………………………………………………………29

I. Objetivo Por medio del ensayo estático de ductilidad, determinar la carga máxima aplicada y la altura de la copa de una hoja (lamina) metálica de dimensiones normalizadas, aplicando los métodos de copa Olsen y Erichsen.

II. Consideraciones teóricas Ductilidad La ductilidad es la propiedad que presentan algunos metales y aleaciones cuando, bajo la acción de una fuerza, pueden estirarse sin romperse permitiendo obtener alambres o hilos. A los metales que presentan esta propiedad se les denomina dúctiles. En el ámbito de la metalurgia se entiende por metal dúctil aquel que sufre grandes Mecánica de materiales

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deformaciones antes de romperse, siendo el opuesto al metal frágil, que se rompe sin apenas deformación. No debe confundirse dúctil con blando, ya que la ductilidad es una propiedad que como tal se manifiesta una vez que el material está soportando una fuerza considerable; esto es, mientras la carga sea pequeña, la deformación también lo será, pero alcanzado cierto punto el material cede, deformándose en mucha mayor medida de lo que lo había hecho hasta entonces pero sin llegar a romperse. En un ensayo de tracción, los materiales dúctiles presentan una fase de fluencia caracterizada por una gran deformación sin apenas incremento de la carga. Desde un punto de vista tecnológico, al margen de consideraciones económicas, el empleo de materiales dúctiles presenta ventajas:  En la fabricación: ya que son aptos para los métodos de fabricación por deformación plástica.  En el uso: presentan deformaciones notorias antes de romperse. Por el contrario, el mayor problema que presentan los materiales frágiles es que se rompen sin previo aviso, mientras que los materiales dúctiles sufren primero una acusada deformación, conservando aún una cierta reserva de resistencia, por lo que después será necesario que la fuerza aplicada siga aumentando para que se provoque la rotura. La ductilidad de un metal se valora de forma indirecta a través de la resiliencia. La ductibilidad es la propiedad de los metales para formar alambres o hilos de diferentes grosores. Los metales se caracterizan por su elevada ductibilidad, la que se explica porque los átomos de los metales se disponen de manera tal que es posible que se deslicen unos sobre otros y por eso se pueden estirar sin romperse. El porcentaje de alargamiento expresa la distancia que se estira una probeta antes de la ruptura.

Donde

Donde

es la distancia entre las marcas después de romperse la probeta.

es el área transversal final en la fractura.

Las aplicaciones más comunes donde se emplea el embutido son: •Ollas •Tinas •Sartenes •Latas •Cubiertas sin costura Mecánica de materiales

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•Defensas para vehículos automotores •Salpicaduras para vehículos automotores •Casquillos para cartuchos •Extremos o tapas de recipientes •Troquelado de lámina negra para filtros •Troquelado de aluminio para serpentines de refrigeración Aunque los materiales dúctiles también pueden llegar a romperse bajo el esfuerzo adecuado, esta rotura sólo se produce tras producirse grandes deformaciones existen distintas pruebas donde las más usadas son: Prueba de ductilidad copa Olsen y Erichsen. Prueba de embutido profundo. Prueba de copa única Fukui. Prueba de copa única de agujero K.W.I. En otros términos, un material es dúctil cuando la relación entre el alargamiento longitudinal producido por una tracción y la disminución de la sección transversal es muy elevada. Prueba de Ductilidad Copa Olsen. Se desarrolla en una probeta de lámina fija, se determina mediante un punzón de acero de extremo esférico de diámetro estándar; la profundidad requerida del estampado o huella para facturar el metal se mide en 0.001 plg. En esta prueba sea amplia un identador de bola de 7/8 plg. De diámetro un dado deformado con un diámetro interior de 1 plg. En la parte superior y de 13/8 plg. En la parte inferior. Prueba de Ductilidad Copa Erichsen. El desarrollo de la prueba es la misma que la de copa Olsen, sólo que se utilizan los siete elementos diferentes, el identador tiene un diámetro de 20 mm, el dado deformado es de 27 mm de diámetro superior de 33 mm de diámetro inferior. Espesor de la probeta (0.008 plg. A 0.080 plg.) 0.20 mm a 2 mm Punto de cedencia en los materiales dúctiles. Es el punto en el cual la deformación del material se produce sin incremento sensible del esfuerzo. Al esfuerzo característico de este punto se le llama esfuerzo de cedencia. σyp . Ensayo de ductilidad. Dada la importancia que tiene el ensayo de ductilidad o embutición en chapas y flejes, se han establecido en las normas las condiciones del mismo y de su ejecución. Se emplea este método para conocer la aptitud de una chapa para ser

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sometida a embutición profunda.

El ensayo de ductilidad consiste en estampar una bola o punzón con un extremo esférico sobre una probeta sujeta por todos sus lados. Esta máquina va a ser que se deforme esta probeta. La magnitud de la embutición producida en la probeta, hasta que la misma empiece a desgarrarse, es una medida de la aptitud de la probeta para la embutición profunda. El penetrador de bola, es de acero pulida a espejo, que penetra en el material, su característica es de dos tipos de medida de copa, y una es en el sistema ingles que se llama Olsen y la otra en el sistema internacional que se llama Erichsen. La probeta se sujeta en la matriz (I) y el soporte anular (II) para que no se mueva. También conocidos como dados, los diámetros de agarre tienen unos radios para que no corte el material. Como se ve en la figura 2 (Copa Erichsen).

Fig. 2 Ensayo Erichsen de embutición profunda. La precisión de sujeción y, por lo tanto, las fuerzas de fricción vienen determinadas por el hecho de que, de acuerdo con la norma de colgadura de embutición está fijada con una precisión de 0.0.5 mm para todos los espesores de la probeta. De acuerdo con estas disposiciones a distintos espesores de probeta corresponden también presiones diferentes. Sin embargo, en parte se emplean actualmente aparatos en los que la presión de la porta probeta se mantiene constante, llegando a ser de 1000 kp. La abertura de la guía depende de las características de la probeta, o sea el

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espesor. Hay dos tipos de probeta que especifican la norma; rectangulares y circulares.

La probeta ha de sujetarse de manera que la bola ataque en un punto situado por lo menos 38 mm del borde de la probeta de cada extremo, para efectuar la prueba de la copa, e igual del borde después de la primera prueba de centro a centro si se hacen más pruebas en la misma probeta. La norma ASTM E.643 indica hacerse 3 pruebas mínimo. Antes de empezar el ensayo se mide con toda exactitud el espesor de la probeta a examinar (con un calibrador), con una precisión de 0.01 mm. La probeta así como la bola y matriz se engrasan, y se va presionando la bola sobre la probeta previamente sujeta con un avance de 0.1 mm/seg. La posición cero del indicador de carátula es aquella en la que la punta esférica, al avanzar, llega a tocar la probeta sujeta. El desplazamiento máximo de la bola hasta que se produce la primera fisura, se clasifica de embutición o ductilidad. Esta tiene que medirse e indicarse con una precisión de 0.01 mm. La carga y la altura de rotura se determina por la observación de aparatos (que está integrado en la maquina). Los datos de la carga y altura se miden, por medio de un indicador de carátula que es el que registra la altura que va adquiriendo hasta que suceda la fractura y para observar la lectura debe ser paralelamente y no debe estar inclinado o de lado el indicador. El manómetro o indicador de carga es el que va a registrar la carga, está compuesto por dos agujas de tal manera que la carga máxima se queda congelada o se registra en ese punto, o sea que ya se produjo la ruptura en la probeta, y la otra se regresa al iniciar la ruptura, o sea que es más grande la carga máxima, y su deformación es más grande que la carga que se está aplicando. Sistema electrohidráulico. El equipo WPM-TZP contaba con tres actuadores hidráulicos (ver figura 4), uno de sujeción (18) y otro de medición (15), montados sobre el principal llamado pistón de trabajo (12). Este disponía de 283 cm2 de área efectiva que le permitía alcanzar fuerzas del orden de 15 toneladas, como primer paso la máquina cortaba muestras de 52 mm de diámetro con la acción de este pistón.

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Figura 4. Esquema seccionado y simplificado de los actuadores hidráulicos de la unidad WPM-TZP

III. Metodología del ensayo A continuación se procederá a realizar la práctica de ductilidad con ayuda de una probeta la cual será de acero comercial A-366. 1.- Una vez entrando al taller de ingeniería mecánica, lo primero que se revisara es que el alumno cuente con una bata azul y botas, esto se hará con la finalidad de mantener al alumno bajo condiciones de seguridad. 2.- Se proporcionara una probeta de acero comercial con la cual se llevara a cabo la práctica. Mecánica de materiales

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3.- Una vez obtenida nuestra probeta, procederemos a conectar la maquina a un tomacorriente y de igual manera revisar el nivel de aceite de la misma. Dejaremos que esta se caliente un poco.

Nivel de aceite 4.- Se revisara que las agujas tanto del manómetro como del indicador de caratula se encuentren en cero.

5.- Procederemos a colocar la probeta sobre el dispositivo de sujeción el cual se va ajustando poco a poco hasta lograr la sujeción adecuada.

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6.- Se accionara la palanca de carga para darle una velocidad por medio del potenciómetro a .25mm/s. Y observaremos como el punzón junto con el dado se empieza a elevar. Palanca de carga

Potenciómetro

7.- Subirá el indicador constantemente hasta que este mismo tenga contacto con la probeta y así mismo con el palpador de nuestra maquina. Una vez que esté sujeta la probeta comenzaran a desplazarse las agujas del manómetro e indicador.

8.- Una vez que la aguja del indicador se detenga aumentaremos en el potenciómetro 5 divisiones (la mitad del rango de una dimensión).

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9.- Se deberá estar muy atento a la aguja del indicador ya que cuando esta caiga inmediatamente se bajara la palanca de carga y se regresara el potenciómetro a cero.

10.- Procederemos a extraer nuestra probeta para visualizar los resultados obtenidos, como podremos darnos cuenta la altura de la copa fue de 10.81mm y su correspondiente carga máxima es de 5200 lb. ó 2400 kg para nuestro primer ensayo.

11.- Una vez tomados los datos, se procederá a introducir la probeta para el segundo cálculo, cuidando la distancia entre copas.

12.- Se volverá a subir la palanca de carga para que el identador sujete la probeta y Mecánica de materiales

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se le dará una velocidad.

13.- Nuevamente las agujas tanto del manómetro como la del medidor se desplazaran para registrar la carga y la altura de la copa.

14.- Una vez que la aguja del indicador se detenga, le daremos un poco mas de velocidad con ayuda del potenciómetro. 15.- Nuevamente deberemos estar atentos a la aguja negra del indicador, y cuando esta caiga, bajemos la palanca y regresemos el potenciómetro a cero.

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16.- Una vez hecho, retiramos la probeta y observamos los resultados. Lo obtenido es una altura de copa de 11.3mm y una carga máxima de 5500 lb. ó 2480 kg, para nuestro segundo ensayo.

17.- Volveremos a insertar nuestra probeta para llevar a cabo nuestro tercer ensayo, teniendo en cuenta la distancia entre copas. 18.- Se acciona la palanca para que el identador sujete la probeta, una vez hecho se le aplica la velocidad con el potenciómetro. 19.- Comenzaran a desplazarse las agujas del manómetro y del medidor las cuales nos darán los resultados de carga máxima y altura de copa.

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20.- Una vez que la aguja del indicador se detenga daremos un poco mas de velocidad girando el potenciómetro. 21.- Enseguida nos posicionaremos de frente a la máquina para observar el momento en que la aguja negra del medidor caiga, en ese instante se bajara la palanca de carga y se regresara a cero el potenciómetro. 22.- Extraeremos nuestra probeta y observaremos el tercer resultado, teniendo una altura de copa de 11.04 mm. Y una carga máxima de 5300 lb. ó 2450kg. 23.- Una vez terminados nuestros ensayos procederemos a desconectar la maquina. 24.- Obtenidos nuestros datos, nos ayudaremos con unas tablas que nos proporcionara el profesor para obtener el calibre y el espesor de nuestra lamina comercial. La cual nos da un calibre de 18 y un espesor de 0.0478 plg. ó 11.00 mm.

IV. Equipo utilizado Maquina de acopamiento:

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Palpador esférico de diámetro 0.875plg. ±0.002plg. (22.22 ± 0.05mm) limpio y libre de oxido:

Indicador caratula legibilidad ±0.0025 plg. ó 0.05mm. (medirá altura de la copa):

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Manómetro (lectura de carga aplicada en kg ó lb. Con aguja de arrastre para determinar la carga máxima aplicada):

Probeta lamina comercial A-366

Tablas de datos:

V. Norma utilizada Mecánica de materiales

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ASTM E643-84 “Standard Test Method for Ball Punch Deformation of Metallic Sheet Material” “Deformación Con Punzón de Bola Para Materiales de Lámina Delgada” La prueba de Deformación con golpe de bola es utilizada para evaluar la ductilidad de una hoja metálica, la prueba incluye un estiramiento de ambos lados del objeto en cuestión (placa metálica). Idealmente no está creado para tensar metales, sino que suelta la pieza una vez que es arqueada hasta un nivel especifico, ya sea donde la pieza se fractura o quiebra es entonces cuando termina la prueba. La bola es la pieza que penetra o golpea la lámina metálica, y se mueve para estirar o fracturar la carga dando como resultado la culminación de la prueba. Es bien sabido que el resultado de la prueba puede variar según la fuerza de agarre, lubricación, y criterio para determinar cuando finaliza la prueba. EQUIPO La máquina de copeo (Fig. 1) cualquier maquina utilizada para la prueba de deformación por golpe con bola podrá ser equipada para sostener la pieza con un mínimo de fuerza de 2200 lbf (9800 N), esto podrá tener un martillo o penetrador en forma de esfera capaz de forzar la parte central de la pieza, a través de un molde de elevación hasta que se dé por terminada la prueba. PIEZAS DE PRUEBA 1. Numero de pruebas.- un mínimo de tres pruebas deben ser realizadas, cuando se requiere de mayor precisión, ver la sección nueve para determinar el número de pruebas a llevar a cabo. 2. Tamaño de la pieza.- las piezas en bruto pueden ser circulares o rectangulares, la anchura mínima (o diámetro) podría ser 3.5 pulg. (90 mm), cuando se evalúen piezas rectangulares la copa no debe estar más cerca de 3.0 pulg. (75 mm) de centro a centro, y el centro de cualquier copa no debe estar a menos de 1.5 pulg. (38mm) de la orilla de la pieza. Nota. El ancho mínimo de la pieza debe ser 2.5 pulg. (65mm) para maquinas incapaces de acomodar o adaptar piezas más anchas. 3. Grosor de la Pieza.- Este método aplica para un grosor entre 0.008 – 0.080 pulg. (0.20 – 2.0mm), el molde superior apropiado es mostrado a continuación, cuando el grosor de las piezas probadas es menor a 0.020 pulg. Es recomendable que el molde superior tenga capacidad de nivelación propia. Cuando el grosor de las piezas probadas es mayor a 0.080 pulg. Los estatutos indican soltar la presión necesaria a fin de prevenir abolladuras o marcas en el molde superior, la apertura apropiada debe ser hecha entre el usuario

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y el proveedor del equipo. PRUEBA DE RAPIDEZ 1. La rapidez del penetrador o martillo debe ser entre 0.2 y 1.0 pulg. /min. (0.08 y 0.40 mm/s) 2. Ya para finalizar la prueba, la velocidad debe reducirse al límite más bajo, con la intención de determinar con mayor exactitud el punto final de la prueba. CARGA Cuando las agujas del identador de carga, una de las dos se regresa y la otra se detiene ya finalizo la prueba. La altura de la copa es el desplazamiento del penetrador medido por el indicador de alturas. REPORTE Identificación del material, No de pruebas, tipo de lubricante, carga promedio máxima fuerza y método de sujeción, grosor del material, etc. DIN 50101 DIN 50101-1 Prueba de metales; la prueba de acopamiento Erichsen en hoja y tira de metal debe tener un ancho de 90 mm y un espesor de 0.2 mm hasta 2 mm. DIN 50101-2 Prueba de metales; la prueba de acopamiento Erichsen en hoja y tira de metal debe tener un ancho de 90 mm y un espesor de 2 mm hasta 3 mm.

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VI. Dibujo de la maquina

Ovando Aguilar Hugo Esteban Mecánica de materiales

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Maquina acopamiento

No. de documento: Doc1

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VII. Dibujo de la probeta antes del ensayo

Ovando Aguilar Hugo Esteban Mecánica de materiales

Instituto Tecnológico de Tlalnepantla

Escala 1:10

Probeta antes Ductilidad de ensayo

No. de documento: Doc2

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VIII. Dibujo de la probeta después del primer ensayo

Ovando Aguilar Hugo Esteban Mecánica de materiales

Instituto Tecnológico de Tlalnepantla

Escala 1:10

Probeta primer Ductilidad ensayo

No. de documento: Doc3

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IX. Dibujo de la probeta después del segundo ensayo

Ovando Aguilar Hugo Esteban Mecánica de materiales

Escala 1:10

Instituto Tecnológico de Tlalnepantla

Probeta segundo ensayo No. de documento: Doc4

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Ductilidad

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X. Dibujo de probeta después del tercer ensayo

Ovando Aguilar Hugo Esteban

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Escala 1:10

Instituto Tecnológico de Tlalnepantla Ductilidad

Probeta tercer ensayo

No. de documento: Doc5

XI. Tabla de datos

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Tabla de calibres y espesores de laminas metálicas:

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XII. Cálculos realizados Para obtener el calibre de nuestra probeta tanto como su espesor procederemos a realizar los siguientes cálculos: Para obtener la altura promedio que registro el palpador, sumaremos las tres alturas de copa y así mismo este resultado la dividiremos entre tres, el promedio obtenido se buscara en las tablas para poder determinar el calibre de nuestra probeta. 10.81+11.03+11.04= 32.88 32.88/3=10.96 altura promedio

XIII. Tabla de resultados Mecánica de materiales

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Altura Promedio: Altura de copa 1 Carga máxima 1 Altura de copa 2 Carga máxima 2 Altura de copa 3 Carga máxima 3

10.81 mm. 5200 lb. 2400 kg. 11.03 mm. 5500 lb. 2480 kg. 11.04 mm. 5300 lb. 2450 kg.

10.96 mm.

Respecto a la tabla numero 4: Tabla No. 4 Troquelabilidad Olsen: punzo de bola de 7/8” diam. Erichsen: punzón de bola de 20 mm. diam. Calibre

Pulgadas

Milímetros

18

0.0478”

11.0 mm.

Dureza

65RB

XIV. Cuestionario Demostrar o calcular los valores del diámetro y de la altura para un recipiente si tenemos o utilizamos una lamina de acero con un diámetro en black o silueta, de 40cm.

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XV. Conclusiones El ensayo de ductilidad nos mostró la capacidad que un material puede tener de carga y a su vez, hasta donde puede llegar su fractura cuando se le aplica una carga mayor a la que esta especificada por alguna norma ya establecida. Los materiales duros son los que resisten menos carga y los blandos tienen mayor resistencia a la carga, de esa forma se asume que la tenacidad en un material es la característica más propia para tener una alta resistencia. La norma nos establece unos datos casi exactos para resistir una carga determinada, pero en la prueba nos podemos dar cuenta que son mas resientes a la presión de la misma carga ejercida.

XVI. Bibliografía

En de materiales y control de efectos en la industria del metal, volumen 3 , Hans Statesman, editorial Urmos S.A. Ensaye e inspección de los materiales en ingenieríaHarmer E. Davis, George Earl TroxellClement T. WiskocillEditorial Continental Mecánica de materiales Robert W. Fitzgerald, Eddison- Wesley Editorial Alfaomega Fatiga de materiales, P.G.Forres Editorial Urmos S.A. NORMA ASTM E-643

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http://www.monografias.com/trabajos23/embutido-chapas/embutidochapas.shtml

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