Materiales Conocimientos Generales 1.2 Tecnología de materiales 1.2.1 Defectos en materiales 1.2.2...
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Materiales Conocimientos Generales
1.2 Tecnología de materiales 1.2.1 Defectos en materiales 1.2.2 Propiedades. 1.2.3 Naturaleza y cambios en estado sólido 1.2.4 Metales ferrosos, noferrosos y plásticos 1.2.5 Manufactura. 1.2.6 Procesos de fundición y soldadura. 1.2.7 Procesos con deformación plástica. 1.2.8 Laminación, Forjado, pulvimetalúrgia, otros. 1.2.9 Maquinado y terminación superficial
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MATERIALES- CONOCIMIENTOS GENERALES
ESTRUCTURAS ATÓMICASESTRUCTURAS
MICROESTRUCTURAS
MATERIALES COMPUESTOSTECNOLOGÍA DE MATERIALES
MATERIALES METÁLICOS
DEFECTOS EN LOS MATERIALES
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esto produce distintas microestructuras
La microestructura determina las propiedades del material
determina el tipo de enlace entre varios átomos.
La estructura electrónica del átomo
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UNIONES ATOMICAS
a) COVALENTES: átomos que comparten uno o mas electrones.
b) IONICAS: los átomos pierden o ganan uno o varios electrones. (igual que el caso anterior, cuanto menos electrones posee el átomo mayor es la energía de ligadura)
c) METALICA: átomos con pocos electrones en la capa exterior, luego estos son fácilmente separables, formando una ”nube” que es compartida.
d) Van der WAALS: uniones débiles, formados por dipolos (formados por desequilibrio entre cargas positivas y negativas del núcleo)
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ESTRUCTURAS DE LOS MATERIALES
Principales características de las uniones
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ESTRUCTURAS DE LOS MATERIALES
Principales características de las uniones
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ORDENAMIENTO ATÓMICO (cristales)
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ORDENAMIENTO ATÓMICO EN METALES-MODELO DE ESFERAS RIGIDAS
hcp fcc bcc
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MATERIALES METALICOS
Granos
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Metales- Propiedades
Elasticidad y buena resiliencia: resortes
Biocompatibilidad (buena resistencia a la corrosión y óseo-integración) : titanio, cobalto, circonio y sus aleaciones
Buena resistencia a la corrosión:
aleación cobre-niquel
Buena ductilidad y resistencia
Pueden ser conformados en frío o caliente.
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Materiales Cerámicos
Oxido de Circonio y Alúmina
Mala conductividad térmica y eléctrica (Aislantes).Alto punto de fusión
Resistencia a la corrosión en ambientes corrosivos.
Bajo coef. De rozamiento
Buena resist. Al choque térmico.
Buena tenacidad (modernos)
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Polímeros- Propiedades
Reemplazo del acero y
cerámicos en múltiples
aplicaciones,
UHMW-PE (polietileno de alto peso molecular)
Bajo costo, poco peso, facil de conformar Baja Baja conductibilidad térmica conductibilidad térmica
y eléctricay eléctrica
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Polímeros-Aplicaciones
muelles de altas prestaciones
Juntas de expansión
• Elastómeros de alta elasticidad
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DIAGRAMAS DE FASES DE ALEACIONES
Los diagramas de fase son una herramienta muy útil para los metalurgistas y se utilizan en los siguientes temas:
Diseño de nuevas aleaciones Selección de temperaturas de trabajado en caliente
durante la fabricación. Selección de temperaturas para realizar los tratamientos
térmicos de aleaciones. Análisis de fallas cuando no se cumple con una
especificada performance en servicio.
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DIAGRAMAS DE FASES DETerminología
FASE: Todos los materiales que existen en estado sólido,líquido o gaseoso.
EQUILIBRIO: Estable, metaestable e inestable. FASES METAESTABLES: determinadas estructuras
cristalinas obtenidas por ej. con enfriamientos rápidos. SISTEMAS: Substancias o grupos de substancias
ailadas del medio. DIAGRAMA DE FASES: sinónimo de diagrama
constitucional o diagrama de equilibrio. COMPONENTES DE UN SISTEMA: binario(dos
componentes) ternarios (tres componentes) etc.
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CAMBIOS EN ESTADO SÓLIDO DIAGRAMAS DE FASES
SOLUCION SÓLIDA TOTAL
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CAMBIOS EN ESTADO SÓLIDO DIAGRAMAS DE FASES
SOLUCION SÓLIDA PARCIAL
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DIAGRAMAS DE FASES ---Fe-C
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Fases producidas en Hierro y Acero
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Temperaturas de cambio de fases-terminología
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DIAGRAMAS DE FASESFe-C
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DIAGRAMAS DE FASESFe-C
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MICROESTRUCTURAS MICROESTRUCTURAS ACERO AL CARBONOACERO AL CARBONO
Enfriamiento Lento
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MICROESTRUCTURAS MICROESTRUCTURAS ACERO AL CARBONOACERO AL CARBONO
Enfriamiento lentoAcero Eutectoide
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MICROESTRUCTURAS MICROESTRUCTURAS ACERO AL CARBONOACERO AL CARBONO
Enfriamiento lentoAcero HipoEutectoide
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MICROESTRUCTURAS MICROESTRUCTURAS ACERO AL CARBONOACERO AL CARBONO
Enfriamiento lentoAcero HiperEutectoide
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Curvas de Transformación Curvas de Transformación Temperatura TiempoTemperatura Tiempo
Transformación del acero (no hay difusión atómica)
Sobre los 914°C estructura fcc, bajo esta temperatura estructura bcc
Tasa de transformación depende de la temperatura
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Curvas TTTCurvas TTT
Indican las transformaciones con respecto a la velocidad de enfriamiento
Desde el inicio al final de la transformación
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Curvas TTT - Acero al Curvas TTT - Acero al carbonocarbono Línea I: No hay
transformación perlítica, pasa directo a martensita
Línea II: Transformación incompleta de perlita, la fracción de austenita que queda se transforma en martensita
Línea III: Acero Perlítico
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Microestructura-Curva TTTMicroestructura-Curva TTT
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Microestructura-Curva TTTMicroestructura-Curva TTT
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Tratamientos TérmicosTratamientos Térmicos
Templado: Se calienta el acero hasta obtener austenita. Luego se enfría rápidamente para obtener martensita.
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Tratamientos TérmicosTratamientos Térmicos Recocido: Cuando hay deformación en
frío, se calienta hasta la transformación austenítica y se enfría lentamente en un horno. Libera las tensiones, baja la densidad de dislocaciones, disminuye la dureza, se afina el grano.
Revenido: Se calienta el acero después del temple a una temperatura menor a la de transformación austenítica y se deja enfriar al aire o aceite.
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Tratamientos TérmicosTratamientos Térmicos Normalizado: Se calienta el acero unos
pocos grados sobre la temperatura de transformación austenítica, se mantiene ahí el tiempo suficiente para obtener una completa transformación en austenita. Luego se deja enfriar al aire.
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EjercicioEjercicio
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Efecto de % carbono en Curvas Efecto de % carbono en Curvas TTTTTT
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Efecto de aleantes en Curvas Efecto de aleantes en Curvas TTTTTT
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Endurecimiento por Endurecimiento por PrecipitaciónPrecipitación
Solubilidad sólida disminuye a medida que la temperatura decrece
Enfriamiento lento, baja fuerza impulsora, baja tasa de nucleación, núcleos gruesos bastante separados
Enfriamiento rápido, alta fuerza impulsora, alta tasa de nucleación, núcleos pequeños separados por poca distancia
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RIGIDEZ DE UN MATERIAL
Ley de Hooke
σ = E.ε
E=Módulo Elástico
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MATERIALES COMPUESTOS Dos o más materiales distintos se combinen para formar un
material compuesto cuyas propiedades sean superiores.
De acuerdo al material de la matriz: compuestos poliméricos metálicos o cerámicosel segundo elemento puede presentarse como:* fibras (fibras de carbono, de boro de aluminio de vidrio)* partículas (SiC, Al2O3, TiC, TiB2, B4C)
Ejemplos tradicionales : Ladrillos de adobe, hormigón armado, fibra de vidrio, la baquelita reforzada con resina epoxídica
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MATERIALES COMPUESTOS
Fibras de vidrio en matriz polimérica
Cerámicos compuestos
Placas de alúmina en metal
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MATERIALES COMPUESTOS
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MATERIALES COMPUESTOS
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Adhesivos son usados extensamente para unir materiales, los cuales son usados “principalmente en la industria aeronautica
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Tipos de defectos producidos por los pegamentos
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POLIMEROS
Según sus propiedades mecánicas a temperatura se clasifican en:
Termoplásticos: ablandan al calentarse
Termoestables: endurecen al calentarse y no se ablandan si siguen calentándose.
Sensibles a radiación, temp., velocidad de deformación, medio ambiente.
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POLIMEROS
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POLIMEROS
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CLASIFICACION DE LOS PROCESOS
METALURGICOS• Fabricación primaria• Fabricación Secundaria• Procesos de Terminación• Procesos de transformación
DISCONTINUIDADES Y DEFECTOS
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CONFORMADO DE METALES SOLIDIFICACION O SINTERIZADO
CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA
CONFORMADO CON ARRANQUE DE VIRUTA.
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1. Cilíndricos 2. Palanquilla
PROCESOS DE FABRICACION PRIMARIA
Si el metal fundido no se destina a la
fabricación de piezas, entonces lo corriente
es verterlo en un molde para la obtención de
lingotes.
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FABRICACION PRIMARIA El metal fundido se
vierte en un molde en el cual el metal solidifica generalmente es cilíndrico o en forma de barra de sección poligonal.
Los lingotes y las palanquillas se destinan a procesos de transformación. forja, laminado y extrusión.
Se emplean para la fabricación posterior de alambre, tubos y perfiles
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FABRICACION PRIMARIA
Segregaciones en el lingote producen bandeado durante el laminado o forjado, lo cual origina propiedades inhomogéneas y hasta comportamientos inesperados en los tratamientos posteriores
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FABRICACION PRIMARIA
Rechupes pueden ser eliminados en los lingotes, pero si se producen puentes y tubos éstos no son fácilmente detectables en planta y pueden producir laminados o forjados defectuosos.
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FABRICACION PRIMARIA LINGOTES: FISURAS INTERGRANULARES POR
H (mas de 5 ppm disuelto de los moldes) 1ppm puede producir caída de tenacidad en aceros
de alta resistencia.
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FABRICACION PRIMARIA Inclusiones exógenos o trozos de electrodos no
fundidos pueden caer en el baño y producir problemas en el forjado posterior
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ESTRUCTURA DE UN LINGOTE
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LINGOTES
LINGOTES CILINDRICOS“BILLET”
ORIGEN DE LAS DISCONTINUIDADES
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DEFECTOS EN LINGOTES
FISURAS
SEGREGACIONES
INCLUSIONES
POROSIDAD
RECHUPES
DESGARRO LAMINAR
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DEFECTOS EN PIEZAS FUNDIDAS
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DEFECTOLOGÍA EN PIEZAS FUNDIDAS
1. POROSIDAD (SUPERFICIAL Y SUBSUPERFICIAL)
2. MICRO– RECHUPES (SUBSUPERFICIAL)
3. RECHUPES INTERNOS (CAVIDADES SUPERFICIALES O
SUBSUPERFICIALES)
4. GOTA FRÍA (SALPICADURA DE METAL EN LA PARED DEL
MOLDE)
5. DESGARRO LAMINAR EN CALIENTE
6. SOPLADURAS (SUPERFICIALES)
7. COSTURAS (GRIETAS ALARGADAS)
8. VENAS (INCLUSIONES NO METÁLICAS DEFORMADAS EN LA
DIRECCIÓN DEL LAMINADO)
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DISCONTINUIDADES EN PIEZAS FUNDIDAS
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CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA
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PROCESOS DE FABRICACION SECUNDARIA
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INCLUSIONESAGUJEROS INTERNOS
COSTURAS
DISCONTINUIDADES DE FABRICACION SECUNDARIA
LAMINACIONES SEGREGACIONES
INCLUSIONESCOSTURAS Y PLIEGUES
DESGARROS PLIEGUES
INCLUSIONES COSTURAS
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LAMINACIÓN
a)Poca deformación
b)Alta deformación
c)Deformación repetida y defectos (ej. Segregaciones)
Defectos por la expanción
lateral
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DISCONTINUIDADES DE LAMINACION
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DICONTINUIDADES DE LAMINACION
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DISCONTINUIDADES DE LAMINACION DE BARRAS
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DISCONTINUIDADES DE LAMINACION DE BARRAS
Diez tipos de defectos que pueden encontrarse en laminación de barras
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DISCONTINUIDADES DE FORMA Y LAMINACION
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FORJADO
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FORJADO-Defectos típicos
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DISCONTINUIDADES DE FORJA
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DISCONTINUIDADES DE FORJA
BURST
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DISCONTINUIDADES DE FORJA
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DISCONTINUIDADES TIPICAS DE FORJA DE ALEACIONES DE ALUMINIO (o Mg)
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DISCONTINUIDADES TIPICAS DE PIEZAS FABRICADAS POR PM
Fisura durante enfriamiento Diferencia de densidades
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DISCONTINUIDADES TIPICAS DE PIEZAS FABRICADAS POR PM
Zonas no sinterizadas
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FISURA BAJO CORDONFISURA BAJO CORDONPOROSIDADESPOROSIDADES
FALTA DE FUSIONFALTA DE FUSION MARCAS DE MARCAS DE MECANIZADOMECANIZADO
GRIETAS Y FISURAS GRIETAS Y FISURAS
PROCESOS DE TERMINACION Y MAQUINADO
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MAQUINADO
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Maquinado por métodos no tradicional
Chorro de agua
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PROCESOS DE SOLDADURA
1. Manual con electrodo revestido
2. Automática por arco sumergido con aporte y gas
activo (MAG)
3. Automática por arco sumergido con aporte y gas
inerte (MIG)
4. Automática sin aporte y gas inerte
(TIG)
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FISURA BAJO CORDONFISURA BAJO CORDON
DEFECTOS EN SOLDADURA
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DEFECTOS EN SOLDADURA
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DEFECTOS
EN
SOLDADURA
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DISCONTINUIDADES EN EL AMOLADO
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PROCESOS DE TRANSFORMACION
TRATAMIENTOS TERMICOS
RECUBRIMIENTOS METALICOS
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TRATAMIENTOS TERMICOS
TRATAMIENTOS TERMICOS DE
TRANSFORMACION
Recocido : de ablandamiento
Normalizado: con enfriamiento lento
Temple por enfriamiento brusco
Tratamiento de Endurecimiento:
desde la temperatura critica
(aceite, agua y aire) Temple por inducción
(Calentamiento Local,
enfriamiento brusco)
Revenido: Tratamiento de alivio de
tensiones.
TRATAMIENTOS
TERMOQUIMIC0S:
Cementación,
Nitruración.
RECUBRIMIENTOS
METALICOS:
Niquelado,
Cromado, Plateado
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RECUBRIMIENTOS METALICOSTRATAMIENTOS TERMICOS
DISCONTINUIDADES DE TRANSFORMACION
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DISCONTINUIDADES PRODUCIDAS ENTRATAMIENTOS TERMICOS
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RECUBRIMIENTOS METÁLICOS
1. NIQUELADO
2. CROMADO
3. PLATEADO
Se realizan: En una pieza para protegerlas superficialmente contra el desgaste y la corrosión.
Requieren :Buena preparación de la superficie limpieza y decapado mediante ataque químico.
DISCONTINUIDADES DISCONTINUIDADES
Falta de adherencia
Espesor de la capa de recubrimiento no uniforme.
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DISCONTINUIDAD
ES POR FATIGA
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Defectos producidos en servicio por corrosión
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Cuando controlo los defectos? Como?
AREA DE ENDPORQUE USAR UN DETERMINADO PROCEDIMIENTO?
1.-Aceptable en pasos de fabricación2.-Aceptable en la inspección final3.-Aceptable en servicio
Verificar que tipo de defecto es aceptable.(Evaluación de Integridad)
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Que hay que controlar?
END PUEDE SER DIVIDIDA EN NUEVE AREAS DIFERENTES:
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Unidades en el sistema internacional (SI)