tecnologÍa de materiales 7

7/31/2019 TECNOLOGA DE MATERIALES 7

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TECNOLOGA DE MATERIALES

LABORATORIO 7: ENSAYOS DE MATERIALES

Integrantes:

Tern Chancafe, Nixon

Bueno Altamirano, Hugo

Bueno Altamirano, ElvisDelgado Perez, Alex

Briceo Verartegui, Samir

Fecha de realizacin: 21/05/2012

Fecha de presentacin: 04/06/2012

Docente:

Aguilar Narvaez, Carlos


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I. OBJETIVOS.1.1. Objetivo general.

- Analizar las propiedades de los materiales a travs de la medicindirecta con equipos de ensayo para verificar las caractersticas de

los mismos.1.2. Objetivos especficos.- Entender cada etapa del proceso que implica la aplicacin de los

ensayos de los materiales.

- Conocer los procedimientos para realizar dichos ensayos.-

II. FUNDAMENTO TERICO.ENSAYO DE TRACCIN

El ensayo de traccin de un material consiste en someter a unaprobeta normalizada a un esfuerzo axial de traccin creciente hasta que seproduce la rotura de la probeta. Este ensayo mide la resistencia de un materiala una fuerza esttica o aplicada lentamente. Las velocidades de deformacin enun ensayo de tensin suelen ser muy pequeas ( = 104 a 102 s1).En un ensayo de traccin pueden determinarse diversas caractersticas de losmateriales elsticos: Mdulo de elasticidad o Mdulo de Young, que cuantifica laproporcionalidad anterior. Coeficiente de Poisson, que cuantifica la razn entre el alargamientolongitudinal y el acortamiento de las longitudes transversales a la direccin dela fuerza.

Lmite de proporcionalidad: valor de la tensin por debajo de la cual elalargamiento es proporcional a la carga aplicada. Lmite de fluencia o lmite elstico aparente: valor de la tensin quesoporta la probeta en el momento de producirse el fenmeno de la cedencia ofluencia. Este fenmeno tiene lugar en la zona de transicin entre lasdeformaciones elsticas y plsticas y se caracteriza por un rpido incrementode la deformacin sin aumento apreciable de la carga aplicada. Lmite elstico (lmite elstico convencional o prctico): valor de la tensina la que se produce un alargamiento prefijado de antemano (0,2%, 0,1%, etc.)en funcin del extensmetro empleado. Carga de rotura o resistencia a traccin: carga mxima resistida por laprobeta dividida por la seccin inicial de la probeta. Alargamiento de rotura: incremento de longitud que ha sufrido la probeta.Se mide entre dos puntos cuya posicin est normalizada y se expresa en tantopor ciento.

Estriccin: es la reduccin de la seccin que se produce en la zona de larotura.Normalmente, el lmite de proporcionalidad no suele determinarse ya quecarece de inters para los clculos. Tampoco se calcula el Mdulo de Young, yaque ste es caracterstico del material; as, todos los aceros tienen el mismo

mdulo de elasticidad aunque sus resistencias puedan ser muy diferentes.


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En el ensayo se mide la deformacin (alargamiento) de la probeta entre dospuntos fijos de la misma a medida que se incrementa la carga aplicada, y serepresenta grficamente en funcin de la tensin (carga aplicada dividida porla seccin de la probeta). En general, la curva tensin-deformacin as obtenidapresenta cuatro zonas diferenciadas:1. Deformaciones elsticas: en esta zona las deformaciones se reparten a lolargo de la probeta, son de pequea magnitud y, si se retirara la carga aplicada,la probeta recuperara su forma inicial. El coeficiente de proporcionalidadentre la tensin y la deformacin se denomina mdulo de elasticidad o deYoung y es caracterstico del material. As, todos los aceros tienen el mismomdulo de elasticidad aunque sus resistencias puedan ser muy diferentes. Latensin ms elevada que se alcanza en esta regin se denomina lmite defluencia y es el que marca la aparicin de este fenmeno. Pueden existir doszonas de deformacin elstica, la primera recta y la segunda curva, siendo ellmite de proporcionalidad el valor de la tensin que marca la transicin entreambas. Generalmente, este ltimo valor carece de inters prctico y se defineentonces un lmite elstico (convencional o prctico) como aqul para el que se

produce un alargamiento prefijado de antemano (0,2%, 0,1%, etc.). Se obtienetrazando una recta paralela al tramo proporcional (recto) con una deformacininicial igual a la convencional.2. Fluencia o cedencia. Es la deformacin brusca de la probeta sin incrementode la carga aplicada. El fenmeno de fluencia se da cuando las impurezas o loselementos de aleacin bloquean las dislocaciones de la red cristalinaimpidiendo su deslizamiento, mecanismo mediante el cual el material sedeforma plsticamente. Alcanzado el lmite de fluencia se logra liberar lasdislocaciones producindose la deformacin bruscamente. La deformacin eneste caso tambin se distribuye uniformemente a lo largo de la probeta peroconcentrndose en las zonas en las que se ha logrado liberar las dislocaciones(bandas de Luders). No todos los materiales presentan este fenmeno, en cuyocaso la transicin entre la deformacin elstica y plstica del material no seaprecia de forma clara.3. Deformaciones plsticas: si se retira la carga aplicada en dicha zona, laprobeta recupera slo parcialmente su forma quedando deformadapermanentemente. Las deformaciones en esta regin son ms acusadas que enla zona elstica.4. Estriccin. Llegado un punto del ensayo, las deformaciones se concentranen la parte central de la probeta aprecindose una acusada reduccin de laseccin de la probeta, momento a partir del cual las deformacionescontinuarn acumulndose hasta la rotura de la probeta por ese zona. Laestriccin es la responsable del descenso de la curva tensin-deformacin;

realmente las tensiones no disminuyen hasta la rotura, sucede que lo que serepresenta es el cociente de la fuerza aplicada (creciente) entre la seccininicial y cuando se produce la estriccin la seccin disminuye, efecto que no setiene en cuenta en la representacin grfica. Los materiales frgiles no sufrenestriccin ni deformaciones plsticas significativas, rompindose la probeta deforma brusca.Terminado el ensayo se determina la carga de rotura, carga ltima oresistencia a la traccin: la mxima resistida por la probeta dividida por suseccin inicial, el alargamiento en (%) y la estriccin en la zona de la rotura.Otras caractersticas que pueden caracterizarse mediante el ensayo de traccinson la resiliencia y la tenacidad, que son, respectivamente, la energa elstica ytotal absorbida y que vienen representadas por el rea comprendida bajo lacurva tensin-deformacin hasta el lmite elstico en el primer caso y hasta larotura en el segundo.


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ENSAYO DE DUREZALa dureza se define como la resistencia que opone un cuerpo a la penetracin oal rayado de otro. El ensayo de dureza ms usado en metales es la resistencia ala penetracin de una herramienta de determinada geometra bajo la accin de

cargas prestablecidas.Los ensayos de penetracin mas comunes son:-DUREZA BRINELL-DUREZA ROCKWELL-DUREZA VICKERS

Dureza BRINELLEste mtodo consiste en comprimir una bola de acero templado(penetrador),de un dimetro determinado, sobre un material a ensayar, por medio de una

carga y durante un tiempo tambin conocido. El resultado es una huella en elmaterial a la que se mide su dimetro.La dureza Brinell se calcula: la fuerza aplicada (kgf) / la superficie esfrica dela huella.El valor de la dureza HB se expresa sin unidades.Como penetrador se aplica una bola de un dimetro (D) ya normalizado y esde: 15; 10; 5; 2,5; 2 1 mm.El tiempo de aplicacin:- en Aceros es de 10 - 15 seg.- en metales blandos es de 30 seg.

El valor de la carga (P) a utilizar viene dado por:P=KD2 donde K es la constante de ensayo.

Para poder ajustar exactamente la fuerza del ensayo y que los resultados seancomparables se han normalizado algunos grados de carga:

-Aceros y elementos siderrgicos: K=30-Cobres, Bronces, Latones: K=10-Aluminio y aleaciones: K=5-Materiales blandos (Sn, Pb): K=2,5

Se recomienda para durezas inferiores a 500HB.


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Formula aplicadaPara determinar el valor de la dureza Brinell se emplea la siguiente ecuacin:

Donde:P: carga a utilizar. Medida en kilopondio (kp)

D: dimetro de la bola (penetrador) medida en (mm).d: dimetro de la huella en superficie en (mm).

Ventajas e inconvenientes1. No se utilizan los ensayos Brinell para durezas superiores a 500HB (aceros

templados), porque se deforman las bolas.2. No es fiable en materiales muy duros y de poco espesor. Tiene limitaciones.3. No es recomendable para piezas cilndricas y esfricas.4. Se cometen grandes errores en la medida del dimetro de la huella cuando

la deformacin es pequea.5. nicamente es aplicable en el caso de materiales de durezas no muy altas,

que sean inferiores a la del penetrador.

Dureza VICKERSEste ensayo constituye una mejora al ensayo de dureza Brinell. Se presiona elpenetrador contra una probeta, bajo cargas ms ligeras que las utilizadas en elensayo Brinell. Se miden las diagonales de la impresin cuadrada y se halla elpromedio para aplicar la frmula.

Como penetrador se utiliza una pirmide cuadrangular de diamante, cuyascaras laterales forman un ngulo de 136. En este ensayo se mide la superficiede la huella.Las cargas aplicadas oscilan entre 1 y 120 Kp, suelen emplearse 1, 2, 3, 5, 10,20, 30, 50, 10 y 120 Kp. La ms empleada es de 30 Kp.El tiempo de aplicacin oscila entre 10 y 30 segundos, siendo 15 segundos elms empleado.Se recomienda para durezas superiores a 500 HB.

La huella vista desde arriba es un cuadrado. Este procedimiento es apropiado

para aceros nitrurados y cementados en su capa externa, as como para piezasde paredes delgadas de acero o metales no frreos.


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Frmula aplicadaLa dureza Vickers (HV) se calcula partiendo de la fuerza en Newton y de ladiagonal en mm2 de la huella de la pirmide segn ecuacin:

P: carga aplicada en Nd : Diagonal media de la huella en mm.

La diagonal (d) es el valor medio de las diagonales de la huella (d1) y (d2).

Ventajas e inconvenientes

1. Las huellas Vickers son comparables entre s; independientes de las cargas.2. Los espesores de las piezas pueden ser muy pequeos, de hasta 0,2 mm,

aunque utilizando cargas ms pequeas pueden ser de 0,05 mm.3. Puede medir dureza superficial por la poca profundidad de la huella.4. Los espesores de los materiales pueden ser mucho ms pequeos que los

del ensayo Brinell.5. Se puede utilizar en superficies cilndricas o esfricas.6. Se puede utilizar tanto para materiales muy duros como en materiales

blandos, llegndose hasta 1.150 HV.7. No es necesario sustituir el penetrador al variar la carga ( el valor de la

dureza es prcticamente independiente del valor de la carga).8. La escala Vickers es ms detallada que la Rockwell; 32 unidades Vickers

equivale a 1 unidad Rockwell

Dureza ROCKWELLEl mtodo Rockwell determina la dureza en funcin de la profundidad de la

huella. Permite medir durezas en aceros templados.Se diferencia de los anteriores en que la medida de la dureza se hace en

funcin de la profundidad de la huella y no de su superficie.Como penetrador se emplea un cono de diamante de ngulo 120o para los

materiales duros, y para los semiduros y blandos una bolita de acero de 1/16,deducindose la fuerza Rockwell de la profundidad conseguida en lapenetracin.

El cuerpo empleado para la penetracin se hace incidir sobre la superficie de lapieza a ensayar con carga previa de 10Kg (PO). La profundidad de penetracinalcanzada constituye el valor de partida para la medicin de la profundidad dela huella. Despus se aumenta en 140Kg la carga aplicada al cono (150Kg), o en90Kg la aplicada a la bolita (100Kg), bajndose nuevamente el valor previo. Semide la profundidad de penetracin que queda y en la escala del aparato se lee

directamente la correspondiente dureza Rockwell C (HRC) cono o la RockwellB (HRB) bolita.


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Po = Peso inicial (10kg)Pa = Peso aadido ( 140kg - cono, 90kg-bolita)

La siguiente es una tabla simplificada de los materiales ms comunes que semiden con Rockwell:

HR Cargas (Kgf) Penetrador Adicional Total Material

BBolilla

1/16 90 100Acero blando. Aleaciones de Cuy Al. Fundicin maleable

C Cono 140 150 Acero de alta dureza.Fundicin perltica.

Ventajas e inconvenientes

1. Es vlido para materiales duros y blandos.2. Es un ensayo rpido y fcil de realizar pero menos preciso que los

anteriores. No se requiere personal especializado.3. La huella es ms pequea que el mtodo Brinell.

Dureza Shore.Se basa en la reaccin elstica del material cuando dejamos caer sobre l un material msduro.

Si el material es blando absorbe la energa del choque, si el material es duro produce unrebote cuya altura se mide.

La prctica se realiza en un "esclermetro" o "escleroscopio", aparato formado por un tubode cristal de 300 mm de altura, por cuyo interior cae un martillo con punta de diamanteredondeada de 2,36 g. La altura de la cada es de 254 mm y la escala esta dividida en 140divisiones.

Condiciones de ensayo

1. Superficie plana, limpia, pulida y perpendicular al esclermetro.2. Hacer 3 ensayos y cada vez en sitios diferentes (endurecimiento de la superficie

por el choque).
http://es.wikipedia.org/wiki/Mmhttp://es.wikipedia.org/wiki/Gramohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gramohttp://es.wikipedia.org/wiki/Mm


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Ventajas del mtodo Shore.

1. No se produce prcticamente ninguna huella en el material ensayado.2. Permite medir dureza superficial de piezas terminadas.3. Es el nico ensayo NO destructivo para medir durezas.

ENSAYO DE FATIGAEn el estudio de los materiales en servicio, como componentes de rganos demquinas o estructuras, debe tenerse en cuenta que las solicitacionespredominantes a que generalmente estn sometidos no resultan estticas nicuasi estticas, muy por lo contrario en la mayora de los casos se encuentran

afectados a cambios de tensiones, ya sean de traccin, compresin, flexin otorsin, que se repiten sistemticamente y que producen la rotura del materialpara valores de la misma considerablemente menores que las calculadas enensayos estticos. Este tipo de rotura que necesariamente se produce en eltiempo, se denomina de fatiga aunque es comn identificarla como roturas portensiones repetidas, tensiones que pueden actuar individualmente ocombinadas.

CLASIFICACIN DE LOS ENSAYOS DE FATIGA

En general los ensayos de fatiga se clasifican por el espectro de carga- tiempo, pudiendo

presentarse como:

Ensayos de fatiga de amplitud constante. Ensayos de fatiga de amplitud variable.

Ensayos de fatiga de amplitud constante

Los ensayos de amplitud constante evalan el comportamiento a la fatigamediante ciclos predeterminados de carga o deformacin, generalmentesenoidales o triangulares, de amplitud y frecuencia constantes.

Son de ampliacin en ensayos de bajo como de alto nmero de ciclos, ponderan lacapacidad de supervivencia o vida a la fatiga por el nmero de ciclos hasta larotura (inicio y propagacin de la falla) y la resistencia a la fatiga por la amplitudde la tensin para un nmero de ciclos de rotura predeterminado. Es usualdenominar como resistencia a la fatiga a la mxima tensin bajo la cual el materialno rompe o aquella que corresponde a un nmero preestablecido de ciclos segnlos metales o aleaciones.

A este respecto la norma ASTM E define como limite de fatiga a la tensin quecorresponde a un nmero muy elevado de ciclos.


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Ensayo de fatiga de amplitud variable.

En fatiga, cuando la amplitud del ciclo es variable, se evala el efecto del daoacumulado debido a la variacin de la amplitud del esfuerzo en el tiempo. Sonensayos de alto nmero de ciclos con control de carga, que segn el espectro de

carga elegido sern ms o menos representativos de las condiciones de servicio.

III. EQUIPOS, HERRAMIENTAS, MATERIALES, REACTIVOS.3.1. Equipos.

- Mquina para ensayo de Traccin DILLON.- Durmetro EQUO TIP 3, para ensayo de dureza.

3.2. Materiales.Ensayo Traccin: Ensayo de dureza.- Barra de acero - Aluminio- Barra de cobre - Bronce- Barra de aluminio - Latn- Latn - Acero

- Aceroinoxidable.

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.ENSAYO DE TRACCIN.1. Preparamos los alambres a ensayar a longitud apropiada.2. Medir cada uno de los alambres a ensayar.3. Conectamos la mquina a la tencin de 120 voltios.4. Posicionamos las mordazas de sujecin a distancia adecuada para sujetar

las muestras. La aproximacin lo podemos ajustar accionando las manijasde elevacin o de bajada del tornillo de avance.

5.

Para un mejor ensayo ajustamos bien las mordazas utilizando la llavehexagonal.


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6. En este paso ajustamos la tuerca de desplazamiento vertical.7. Conectamos el equipo de lectura de tensin (KgF) a la conexin 110V

ubicada en el equipo de traccin. Encendemos y taramos en cero KgF.8. Damos un pretensado al alambre y luego volvemos a tarar en cero KgF.9. Encendemos el equipo Dillon. Traccionamos el material hasta que se

rompa.10.Completamos el cuadro.11.Analizamos resultados y diagramas efectuados.

Fig 1. Mquina para ensayo de traccin.


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ENSAYO DE DUREZA.1. En primer lugar conectamos el equipo EQUO TIP 3.2. Conocemos cada una de sus funciones.3. Determinamos la dureza de los materiales indicados por el profesor.4. Hallamos los valores de dureza en HB, HRB, HV, HS completando un cuadro

con cada valor obtenido.

Fig. 2. Equipo de ensayo de dureza.

V. CLCULO Y RESULTADOS.5.1. Porcentaje de error : %

VT: Valor tericoVE: Valor experimental.

5.2. Error absoluto:

VV: Valor verdaderoVE: Valor experimentalVT: Valor terico.


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VI. TRATAMIENTO DE DATOS.ENSAYO DE TRACCIN

Anlisis y evaluacin final de resultados.1. La resistencia a la traccin es una propiedad tecnolgica o

mecnica.Es una propiedad mecnica.

2. Es lo mismo fuerza de traccin que resistencia a la traccin?No es lo mismo, ya quela primera se refiere a la fuerza que se le aplica a unmaterial para lograr estirarlo, la segunda viene a ser el esfuerzo interno decada material al ser sometido a dichas fuerzas de traccin.

3. Pueden los materiales sintticos usarse como elementos quesoportan grandes fuerzas?

No se podra usar, ya que su estructura no esta hecha para resistir grandesfuerzas. Por lo general son quebradizos y en algunos flexibles.

4. La fuerza de traccin y la fuerza de rotura de un material sonsiempre iguales, porque?

Son iguales ya que es lo mximo que un material puede soportar. Ademstiene que ver con su microestructura ya que hablamos del mismo material,y dichas fuerzas tienden a ser iguales.

5. Un alambre de acero corriente se rompe con una fuerza detraccin de 350 Kg y una barra del mismo acero se rompe con

900 Kg Cul de los dos tiene mayor resistencia? Fundamente su

respuesta.

En mi opinin si hablamos del mismo material deberan tener la mismaresistencia a la traccin, tal vez haya una faya en su microestructura de laprimera barra ya que soport un peso inferior al de la segunda.

6. Un alambre de acero corriente se rompe con una fuerza detraccin de 350 Kg, si el rea de su seccin transversal se triplica,

con que fuerza se romper?La fuerza con la que debe romper es 1050 Kg.

Material Dimetro

Inicial(mm)

rea Fuerza

(Kg)Longitu

d

Inicial(Lo)

LongitudFinal

(Lf)

ResistenciaA la

traccin( )

Acero 1.85 2.688 165.15Aluminio 3.55 9.898 151.00Bronce 2.70 5.725 193.10Cobre 3.20 8.042 187.45


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ENSAYO DE DUREZA

MATERIAL DUREZAHLD HB HRB HRC HV HS1 Latn 314 73 37.8 - - -2 Acero. Inox. 439 173 88.3 - 178 -3 Aluminio 443 118 59.9 - 106 -4 Bronce 335 75 - - - -5 Cobre 242 56 - - - -

Anlisis y evaluacin final de resultados.1. Un material no metlico puede ser ms duro que un metal? Explique

con ejemplos.

Si puede serlo. Un ejemplo sera el diamante y el vidrio, estos dos son

ms difciles de rallar que ciertos materiales metlicos.2. Por qu no se puede obtener una dureza en HRC para el aluminio?

No se puede porque para tomar las medidas HRC se utiliza un mtododistinto.

3. Cul es el material ms duro de los que usted ha ensayado?El acero inoxidable

4. El menos duro?Aluminio

5. De los materiales ensayados: Metal ms duro: ACERO Metal menos duro: ALUMINIO

6. Todos los materiales sintticos tienen igual dureza?Los materiales sintticos no presentan igual dureza, ya que sumicroestructura interna de cada uno es diferente.

VII. CONCLUSIONES. Los principales ensayos de materiales, unos ms utilizados que otros

son: ensayo de traccin y ensayo de dureza.

Para que el ensayo practicado sea exitoso, se debe tener precaucin deque las condiciones establecidas para la realizacin, no cambiendurante cada etapa del proceso.

El ensayo de dureza mide la resistencia de un material a lapenetracin.

Los materiales ensayados presentan una diferencia nica, con respectoa sus propiedades y sus caractersticas.

Es de mucha importancia hacer ensayos a los materiales, ya que aspodremos saber cuanto es lo que va ha resistir, en que situacin lo voya utilizar y cuanto yo voy a gastar dependiendo del material que yoelija.


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VIII. BIBLIOGRAFA.http://es.wikipedia.org/wiki/Ensayo_de_materiales

http://www.oni.escuelas.edu.ar/olimpi2000/santa-fe-sur/ensayodemateriales/http://industriales.utu.edu.uy/archivos/mecanica-general/ENSAYOS%20DE%20MATERIALES/ensayos-de-dureza.pdf
http://es.wikipedia.org/wiki/Ensayo_de_materialeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Ensayo_de_materialeshttp://www.oni.escuelas.edu.ar/olimpi2000/santa-fe-sur/ensayodemateriales/http://www.oni.escuelas.edu.ar/olimpi2000/santa-fe-sur/ensayodemateriales/http://www.oni.escuelas.edu.ar/olimpi2000/santa-fe-sur/ensayodemateriales/http://industriales.utu.edu.uy/archivos/mecanica-general/ENSAYOS%20DE%20MATERIALES/ensayos-de-dureza.pdfhttp://industriales.utu.edu.uy/archivos/mecanica-general/ENSAYOS%20DE%20MATERIALES/ensayos-de-dureza.pdfhttp://industriales.utu.edu.uy/archivos/mecanica-general/ENSAYOS%20DE%20MATERIALES/ensayos-de-dureza.pdfhttp://industriales.utu.edu.uy/archivos/mecanica-general/ENSAYOS%20DE%20MATERIALES/ensayos-de-dureza.pdfhttp://industriales.utu.edu.uy/archivos/mecanica-general/ENSAYOS%20DE%20MATERIALES/ensayos-de-dureza.pdfhttp://www.oni.escuelas.edu.ar/olimpi2000/santa-fe-sur/ensayodemateriales/http://www.oni.escuelas.edu.ar/olimpi2000/santa-fe-sur/ensayodemateriales/http://es.wikipedia.org/wiki/Ensayo_de_materiales

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