Unidad 3 Selección de Materiales Saldaña Lopez Julio Damian
October 13, 2022 | Author: Anonymous | Category: N/A
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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE ALVARADO - Campus Medellín
INGENIERÍA EN MECANICA Materia:
“Ing. De los Materiales No Metalicos”
Semestre - Grupo - Sistema: 3°. Semestre – “A” – Escolarizado.
Producto Académico: Selección de Materiales
Presenta(n): Saldaña Lopez Julio Damian
Docente: Ing. Jazmín Morales Ramon
Medellín de Bravo, Ver. Agos. – Ener. 2017
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“Selección de Materiales”
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Índice Introducción ..................................................................................................................................................................4 ..................................................................................................................................................................4 Objetivos:......................................................................................................................................................................5 ...........................................................................................................................................5 Selección de Materiales .............................................................................................................................................5 Método tradicional.............. ............................ ............................. ............................. .............................. ............................. ............................. ............................. ........................................ .......................... 7 Método gráfico............... ............................ ............................. .............................. ............................. ............................. .............................. ............................. ............................................. ............................... 7 Método con ayuda de bases de datos. ............. ........................... ............................. .............................. ............................. ............................. .............................. ....................... ........8 8 .......................................................................................8 “Normas Y Criterios Para Selección De Cerámicos” .......................................................................................8 ............................. ............................. .............................. ............................. ............................. .............................. ........................9 .........9 Materiales refractarios y aislantes................
Clasificación de Materiales Cerámicos:............... .............................. ............................. ............................. .............................. .......................................... ..............................10 ...10 .............................................................10 Normas Y Criterios Para La Selección De Materiales Polímeros .............................................................10 Problema de selección de materiales ..................................................................................................................11 ..................................................................................................................11 .....................................................................................................................................................................12 Conclusión .....................................................................................................................................................................12
Bibliografía .................................................................................... ............................................................................................................................... ...............................................................................13 ....................................13
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Introducción La gran mayoría de avances tecnológicos logrados en la sociedad moderna, se han apoyado en el descubrimiento y desarrollo de materiales de ingeniería y proceso de fabricación usados en su obtención. Una adecuada selección de materiales y procesos garantiza a los diseñadores de partes mecánicas su correcto funcionamiento (performance) de los componentes diseñados. Desde el punto de vista práctico, la posibilidad de usar varios métodos y poderlos confrontar, garantiza una mayor eficiencia en la selección correcta del material e un fin específico, como en el caso de un resorte de hoja, como se discutirá más adelante. La mayoría de métodos parten de la disponibilidad de una amplia gama de materiales, los cuales se debe entrar a analizar y refinar, ya sea con ayuda de: recomendaciones (métodos tradicionales), mapas de materiales (método gráfico) o información escrita que se encuentran en fuentes bibliográficas o en forma de software en bases de datos virtuales. En general, el refinamiento se hace de acuerdo con las propiedades exigidas por el componente a diseñar y sustentado sustent ado con criterios criterios como: disponibilidad disponibilidad,, facilidad facilidad de obtención, obtención, vida de servici servicio, o, factores factores ambientales y costos, entre otros. De esta forma, se llega a la selección de un único tipo de material, el cual debe resultar en el más apropiado para el fin pretendido.
Objetivos:
Conocer los diferentes tipos de métodos de selección de materiales. Verlo desde el punto de práctica. Saber las normas y criterios de la selección de los polímeros. Saber las normas y criterios de la selección de los cerámicos. Y los problemas más importantes de la selección de materiales.
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Selección de Materiales La selección del po de material que se requiere para una aplicación determinada es solo una de las fases en las que un diseñador o ingeniero de materiales se basa. El conjunto de fases previas a la selección comprende 1) necesidad, 2) diseño conceptual, 3) diseño de formulación, 4) diseño en detalle y 5) manuf manufact actura ura y montaj montaje. e. Las Las acvi acvidad dades es comple completas tas qu que e llevan llevan a la selecc selección ión de dell materi material al más adecuado se resumen en la gura. Cabe mencionar, que para la ulización de cualquiera de los métodos de selección de materiales que existen, el diseñador o ingeniero de materiales, debe parr de la etapa conceptual, en la cual se idenca una categoría o categorías muy amplias como posibles materiales a usar. El po y valor del esfuerzo aplicado y la l a forma geométrica, entre otras variables que deben considerarse, otorgan restricciones en cuanto al po de material a seleccionar. Por ejemplo, en el caso de esfuerzos de exión o torsión como los que actúan en un resorte de hoja, nos indica que dentro de las posibles familias de materiales que existen (metales, cerámicos, polímeros y compuestos), los más adecuados son los metales y dentro de estos los aceros. Por tanto, en la etapa de formulación del problema, se examina con mayor detenimiento cuál de los diferentes aceros se pueden usar con mayor conanza (si son aceros de bajo, medio o alto carbono o si son aceros de baja o alta aleación). La selección preliminar se puede hacer con base en los datos de propiedades dadas por los proveedores. De esta forma, se pueden
idencar algunos de estos proveedores y en la selección nal se trabaja con las propiedades dadas por el proveedor que facilite la consecución del material más adecuado y con mayor facilidad. 5
Un diseñador de materiales siempre está queriendo encontrar el material ideal para su componente. Se pueden mencionar, entre otras caracteríscas, que un material ideal cumple con la siguiente lista de requisitos: Inagotable y siempre disponible para su reemplazo – que sea barato para renar y producir – que sea fuerte, rígido, y dimensionalmente estable a diferentes temperaturas – que sea liviano – que sea resistente a la corrosión y al desgaste – que no tenga efectos sobre el medio ambiente o las personas – que sea biodeg biodegra radab dable le – que tenga tenga numero numerosos sos usos usos [3]. [3]. Este Este requis requisito ito ha hace ce que el ingeni ingeniero ero de materiales tenga dicultad en seleccionar el material ideal. Es por esto, que se usan métodos más o menos exactos, que permiten hacer una aproximación del material más idóneo para alguna aplicación. En general, los métodos para selección de materiales se basan en una serie de parámetros entre sicos, mecánicos, térmicos, eléctricos y de fabricación que determinan la ulidad técnica de un material.
Algunos de estos parámetros son mostrados en la l a tabla.
Debido al alto número de factores que afectan la selección de materiales, el diseñador determina cuales son las propiedades más relevantes para la aplicación que se ene y con base en ellas, hace la selección. En general los métodos para seleccionar materiales hacen una renación más o menos amplia de estos parámetros. A connuación, connuación, se hace una breve descripción de tres de los métodos usados en la selección de materiales.
Método tradicional. Con este método, el ingeniero de materiales escoge el material que cree más adecuado, con base en la experiencia de partes que ene un funcionamiento similar y que han mostrado buenos resultados. Este método es también conocido como materiales de ingeniería de partes similares [4]. El método manene 6
buena aceptación debido a lo siguiente: El ingeniero se siente seguro con un material usado y ensayado – En algunos casos esto contribuye a la estandarización del stock – Las caracteríscas caracteríscas de proceso del acero son bien conocidas – La disponibilidad del acero está asegurada – Generalmente en un gran porcentaje de partes se usan aceros baratos, sin tratamiento térmico, evitando pérdida de empo en ensayos y procesos. Sin embargo, el uso de este método, en ocasiones conduce a serios problemas, ya que no se hace un estudio real del ambiente de trabajo del componente o equipo, el cual puede ser decisivo a la hora de escoger el material.
Método gráfico. Este método se apoya en gracas (conocidas como mapas de materiales), en las que se relacionan por pares ciertas propiedades de los materiales. El método fue diseñado exclusivamente para ser ulizado duran dur ante te la etapa etapa concep conceptu tual al de la selecc selección ión de materia materiales les.. En estos estos mapas mapas se puede puede ha hacer cer una aproximación del material más adecuado (perteneciente a una determinada familia de materiales), con base en la relación de las propiedades más importantes que debe poseer el componente. Como ejemplo de un par de propiedades que relacionan en estos mapas están el módulo de elascidad en función de la densidad, como se muestra en la gura Como es de esperarse, rara vez el comportamiento de un componente depende sólo de una propiedad. De igual manera, diagramas como los de Ashby , muestran que las propiedades de las diferentes clases de materiales pueden variar en amplios intervalos (dependiendo del estado de estos), formando grupos que se ubican en áreas cerradas, zonas o campos en tales diagramas. Eso signica, que una misma familia de materiales puede tener una apreciable variación en sus propiedades, generando un campo o zona en los mapas. En estos mapas se relacionan entre otras, propiedades como resistencia, módulo de elascidad, densidad, tenaci ten acidad dad,, conduc conducvi vida dad d térmic térmica, a, difusi difusivid vidad ad y expans expansión ión y costos. La escala logarítmica en la gura 2, también permite representar por ejemplo, la velocidad longitudinal de una onda elásca a través del material = (E/ ) 1/2 (o lo que es lo mismo Log E = Log 2 Log ), dibujada como líneas ocultas paralelas. Todos los campos de materiales que una línea de estas atraviese, signica que una onda se propagará por ellos con la misma velocidad. La selección de mater material iales es con ayuda ayuda de estos estos mapas mapas se hace hace entonc entonces, es, encont enc ontran rando do con ayuda de cálcu cálculos los de resist resistenc encia ia y aplic aplicand ando o cri criter terios ios de fal falla la de acuerd acuerdo o a los esfuerzos aplicados, cuáles son las combinaciones de propiedades más importantes para un componente dado. Ubicado el diagrama que presenta esta combinación, se entra en un campo que corresponde a una familia determinada de materiales. De los materiales que pertenecen a esta familia, se puede hacer una
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presel pre selecc ección ión,, y poster posterior iormen mente te una selecc selección ión,, tenien teniendo do en cu cuent enta a ot otros ros cri criter terios ios como como co costo stos, s, disponibilidad, durabilidad, efecto ambienta, etc.
Método con ayuda de bases de datos. En la Internet existe una amplia gama de bases de datos sobre materiales [6], que han sido construidas para comercialización libre o son distribuidas por vendedores de materiales. Estas bases de datos son el resultado de invesgaciones en ensayos de materiales. [7]. Las bases de datos se dividen básicamente en dos categorías, numéricas y literarias o de referencias bibliográcas. Dentro de las más importantes bases de datos están el banco de datos de la ASTM, la SAE, la ASM, la AISI, la NASA, etc. Una base de datos pública que ha adquirido gran importancia por la candad de datos y variedad de materiales que maneja, puede ser consultada en la página web. www.matweb.com. La selección de materiales con ayuda de estas bases de datos, parte del conocimiento de las principales propiedades se que deben tener para un n especíco. El programa pide entonces el valor aproximado de las propiedades que debe tener el componente y lista uno o varios materiales que pueden servir. Son varias las fuentes donde se compilan bases de datos. En forma escrita, estas bases pueden ser encontradas en textos como los referenciados en la bibliograa de este arculo en los textos de referencia.
“Normas Y Criterios Para Selección De Cerámicos” Los materiales materiales cerámicos cerámicos enen como caracterí caracterísca sca química estar compuest compuestos os principa principalment lmente e por enlaces iónicos y covalentes, que se ordenan en forma especíca, dándole al material una estructura cristalina, lo que les proporciona ciertas propiedades disnvas. Son materiales inorgánicos, de baja conduc con ducció ción n eléctr eléctrica ica y mecáni mecánicam cament ente e frágil frágiles. es. Alguno Algunoss de estos estos mater material iales es se uliza ulizan n desde desde la Angüedad, pues son los materiales de uso en construcción más extendidos y anguos del mundo, debido a la abundancia de terrenos arcillosos en casi todas las zonas del planeta. Ladrillos, adobes y todo po de tabiques tabiques usados en construc construcción ción son ejemplos ejemplos de estos los los métodos métodos del procesami procesamiento ento de los cerámicos se da forma empleando diversos métodos y luego se hornea para darle resistencia.
La fundición por revesmiento es un método interesante y casi único en cuento una suspensión de arcilla en agua se vierte en un molde. Generalmente el molde se hace de yeso, con porosidad controlada, controlada, de modo que parte de agua de la suspensión entre en la pared del molde. A medida que el contenido de agua en la supercie disminuye, se forma un sólido suave. El líquido sobrante se elimina y la forma hueca se rera del molde. La unión en este punto es arcillaagua. La conformación plásca en húmedo se efectúa por medios diversos. En unos de los casos se apisona un refractario húmedo en un molde y luego se lo destruye para que salga en una forma determinada. La masa plásca se fuerza a trabes de un troquel para producir una forma alargada que luego se corta a longitud deseada. Por otra parte, cuando se desea formar guras circulares tales como plat platos os,, se co colo loca ca un una a masa masa de arci arcilla lla húme húmeda da en una una ru rued eda a ro rota tav va, a, y se la co conf nfor orma ma co con n un una a herramienta.
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Prensado Prensa do con polvo polvo seco. seco. Esto Esto se consig consigue ue rellen rellenand ando o un troque troquell con polvo polvo y luego luego prensá prensándo ndolo. lo. Generalmente el polvo conene algún lubricante, tal como ácido, esteárico o cera. Después de haberse llevado a cabo cualquiera de los procesos anteriores, la pieza fresca o verde se somete al horneado. Mientras se calienta, se elimina el agua y los gigantes voláles. El prensado en caliente. Involucra simultáneamente las operaciones de prensado y sinterización. Las ventajas que se obenen sobre el prensado en seco son: mayor densidad y tamaño mas no del grano. El problema es obtener una duración adecuada del troquel a temperaturas elevadas, para lo cual muchas veces se emplean atmósferas de protección. La compactación isostaca. Es una manera muy especial de prensar polvos en un uido comprensible para evitar la compactación no uniforme que a veces se observa en los troqueles. El polvo se encapsula en un recipiente que se pueda comprimir y se sumerge en un uido presurizado. Las formas del recipiente y de los corazones removibles determinan la forma del prensado. El prensado puede ser en caliente o en frió.
Materiales refractarios y aislantes. Para los hornos y para las cucharas se emplean recubrimientos ya sean de ladrillo o monolícos. Para manejar metales líquidos y escoria esencial disnguir entre refractarios ácidos, neutros y básicos. Las caracteríscass de estos ladrillos caracterísca l adrillos son la resistencia a la escoria. Resistencia a los efectos de temperatura y capacidad
aislante.
Los ladrillos ácidos son menos costosos, pero en muchos hornos se emplean escorias para renar el metal . El ladrillo aislante conene mucho espacio poroso y en consecuencia, no es tan resistente a la escoria como el recubrimiento interior del recipiente.---INDUSTRIAL recipiente.---INDUSTRIAL O DOMESTICA. Loza de barro. Se hace de arcilla, aunque en algunos casos están presentes el sílice y feldespato, como el K. La caracterísca importante es que se la somete al fuego a baja temperatura, comparada con la de otro otross prod produc ucto toss de es este te gr grup upo. o. El Ello lo prod produc uce e una una fr frac actu tura ra te terr rros osa a re rela lav vam amen ente te poro porosa sa.. -------DOMESTICA
Losa semivitre, fabrica fabr ica de empleando emple ando de arcilla-sí arcil lice-feldes eldespato pato, , laso cuales cual es se , denominan deno triaxiales triax iales, , por la se presencia prese ncia estos tresmezclas ingredientes. ingredientes. La la-sílice-f temperat temperatura ura de cocido cocid es mayor dando dandminan o por resu result ltad ado o la fo form rmac ació ión n de vi vidr drio io,, meno menorr poro porosi sida dad d y mayo mayorr re resi sist sten enci cia. a.-------- DOME DOMEST STIC ICO. O. Loza de piedra. Diere de la loza de barro, en que se emplea una mayor temperatura de cocido lo cual produce una porosidad menor del 5% comparado con el 5 a 20 % de la loza de barro. Por lo general la composición se controla más cuidadosamente que la loza de barro y el producto no lustroso ene el acaba aca bado do mate mate de la piedra piedra na. Este Este es un excel excelent ente e mater material ial pa para ra loza loza de hornea hornear, r, tanque tanquess de sustancias químicas y erpennes.----INDUSTRIAL Loza china. Se obene cociendo la mezcla triaxial antes mencionada u otras mezclas a alta temperatura para obtener un objeto traslucido. ---DOMESTICO
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La porcelana. Es la que se cuece a las más altas temperaturas del grupo y está muy relacionada con la loza china que acabamos de describir. En general la no ulización de fundentes y las temperaturas más altas dan como resultad resultado o un producto denso y muy duro. ----INDUSTRIAL Y DOMESTICO
Clasificación de Materiales Cerámicos: Los materiales cerámicos se clasican según su capacidad de absorción de agua en cuatro pos: porcelana, gres cerámico, semigres cerámico, y loza l oza porosa. Dicha caracterísca sica se relaciona con tres aspectos fundamentales de su proceso producvo:
Temperatura de Cocción Presión de Moldeo Granulometría de la Mezcla Base.
Normas Y Criterios Para La Selección De Materiales Polímeros La norma ISO 178 invesga el comportamiento a la exión de pláscos para determinar la resistencia a la exión, el módulo de exión y otros aspectos de la relación tensión/deformación a la exión. El método de ensayo según ISO 178 es conveniente para el uso con pláscos extruidos, incluyendo los que dispon disponen en de carga cargass y los qu que e no, lámina láminass de termop termoplás lásco coss ríg rígido idoss y plásc pláscos os termoe termoesta stable bless moldeados, incluyendo los que se cargan y refuerzan. Ambos accesorios de exión los de tres puntos y los de cuatro se ulizan para evaluar estos materiales. Los Deectometros y otros disposivos de medición de la deformación, como extensómetros o LVDT han sido requeridos siempre para la medición directa de la exión en los ensayos de cuatro puntos. Los disposivo dispo sivoss de medición medición directa en las unidades unidades de exión exión de tres puntos puntos no eran necesario necesarioss hasta hasta la revisión de la norma ISO 178 en el 2010. Se dispone de un periodo de gracia de cinco años para implementar los cambios. Además, es obligatorio para los que ensayan según la norma ISO 178 el ulizar un disposivo de medición de la deformación cuando se requiera el módulo a parr del año 2015. La distancia entre apoyos del disposivo de exión es en función del grosor de la muestra. Es importante conocer la gama de dimensiones de sus probetas antes de elegir la unidad de exión. La carga y las dimensione dimen sioness de la unidad de exión exión pueden pueden variar en función función del espesor espesor de la probeta. Aquí, Aquí, para el ensayo de exión a tres puntos estamos ulizando la 750 AutoX juntamente con un deectómetro para la medi medici ción ón di dire rect cta a de la defo deform rmac ació ión. n. Lo Loss sens sensor ores es de lo loss br braz azos os de dell Auto AutoX X co cont ntac acta tan n co con n el deectómetro para obtener una medición precisa de la deformación directa y determina las propiedades de exión de la muestra según ISO 178. Sugerimos que revise la norma ISO 178 para comprender plenamen plenamente te los requerimientos de la unidad de exión y los resultados. Algunas empresas que se dedican a seleccionar los polímeros llevan a cabo estas acvidades de acuerdo con ciertas normas. 10
Problema de selección de materiales La selección de materiales (SM). Trata de una acvidad que involucra una gama de conocimientos técnicos, cuya amplitud dicilmente es cobijada por un solo po de profesional; por ser el punto focal de una serie de especialidades tecnológicas que van desde el diseño hasta el análisis de desempeño en campo. En otras palabras, interdisciplinaridad e interacvidad son parcularmente exigidas en la SM, de la cual la selección del proceso y el diseño del producto también hacen parte, integrando así ingenieros de producción, de materiales y mecánicos, entre otros. Criterios de selección de materiales...Los materiales...Los procedimientos de selección de materiales obedecen a diversos criterios. Se enlistan los más conocidos:
Conocimiento de variables de operación Consideraciones dimensionales Consideraciones de forma Consideraciones de peso Consideraciones de resistencia mecánica Resistencia al desgaste Facilidad de fabricación Requisitos de durabilidad
Criterios de selección de materiales:
Número de unidades Disponibilidad del material Costo Existencia de especicaciones y códigos Viabilidad de reciclado Valor del desecho Grado de normalización
EL análisis de fallas es una de las más importantes técnicas para mantener y asegurar la integridad y la seguridad de productos e instalaciones industriales. Los resultados de las invesgaciones de causas /mecanismos de fallas contribuyen para:
Prevención de fallas en equipamientos / productos Mejoramiento y modicaciones del diseño Mejor entendimiento del diseño, de los materiales, de las técnicas de fabricación y de los métodos de inspección. No se pueden seleccionar los materiales con base en una sola propiedad. Suelen exisr múlples soluciones correctas de un problema de selección de materiales. Por esto es preciso invesgar varias soluciones alternas antes de llegar a la solución deniva.} 11
Los materiales que se seleccionen deben funcionar juntos como un sistema sin degradar las propiedades de los demás materiales. Existen soware que ayudan a realizar la selección adecuada de materiales
Conclusión Como se observa de los métodos descritos, la selección correcta de un material depende de una gran candad de factores, lo que hace que esta no sea una tarea sencilla, pero que se puede llegar a una buena aproximación. Para el caso parcular de los resortes de hoja analizados en este trabajo, se encontró que no hay un único material que sasface las condiciones exigidas, pero los materiales encontrados se ubican dentro de la familia de aceros al carbono con porcentajes de este elemento entre 0.6 y 0.75%. Los materiales materiales cerámicos cerámicos enen como caracterí caracterísca sca química estar compuest compuestos os principa principalment lmente e por enlaces iónicos y covalentes, que se ordenan en forma especíca, dándole al material una estructura cristalina, lo que les proporciona ciertas propiedades disnvas. Alguno Alg unoss de estos estos materia materiales les se uliza ulizan n desde desde la Angü Angüeda edad, d, pu pues es son los mater material iales es de uso en construcción más extendidos extendidos y anguos del mundo, debido a la abundancia de terrenos arcillosos en casi todas las zonas del planeta. Ladrillos, adobes y todo po de tabiques usados en construcción son ejemplos de estos los métodos del procesamiento de los cerámicos se da forma empleando diversos métodos y luego se hornea para darle resistencia. La norma ISO 178 invesga el comportamiento a la exión de pláscos para determinar la resistencia a la exión, el módulo de exión y otros aspectos de la relación tensión/deformación a la exión. El método de ensayo según ISO 178 es conveniente para el uso con pláscos extruidos, incluyendo los que dispon disponen en de carga cargass y los qu que e no, lámina láminass de termop termoplás lásco coss ríg rígido idoss y plásc pláscos os termoe termoesta stable bless moldeados, incluyendo los que se cargan y refuerzan. Ambos accesorios de exión los de tres puntos y los de cuatro se ulizan para evaluar estos materiales. La selección de materiales (SM). Trata de una acvidad que involucra una gama de conocimientos técnicos, cuya amplitud dicilmente es cobijada por un solo po de profesional; por ser el punto focal de una serie de especialidades tecnológicas que van desde el diseño hasta el análisis de desempeño en campo.
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Bibliografía hps://upcom hps://upcommons.upc.ed mons.upc.edu/bitstream/handle/2099 u/bitstream/handle/2099.1/13323/Mem%C3%B .1/13323/Mem%C3%B2ria.pdf? 2ria.pdf? sequence=1&isAllowed=y hp://jlrmetal96.wixsite.com/ingmat hp://jlrmetal96.w ixsite.com/ingmatnometalicos16/unida nometalicos16/unidad-3 d-3 le:///C:/Users/julio/Downloads/Dialnet-LAIM le:///C:/Users/julio/Down loads/Dialnet-LAIMPORTANCIADEL PORTANCIADELMETODOENL METODOENLASELECCION ASELECCIONDEMATERIALES DEMATERIALES-4844925%20(2).pdf hp://ith.mx/documentos/Carr hp://ith.mx/d ocumentos/Carreras/Mecanica/Prog eras/Mecanica/Programas%20IMEC-2 ramas%20IMEC-2010-228/FG%20O%20IME 010-228/FG%20O%20IMEC-2010C-2010%20228%20Ingenieria%20de%20Materiales %20228%20Ingenieria% 20de%20Materiales%20No%20Meta %20No%20Metalicos.pdf licos.pdf
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