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UNIVERSIDAD DEL BIO BIO
FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE MECANICA
Apuntes 1 : Propiedades de los Materiales en Ingeniería
Profesor : Federico Grossmann.
Asignatura : Ciencia de los Materiales.
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES DE INGENIERÍA
1.1 INTRODUCCIÓN
Para que el ingeniero pueda seleccionar adecuadamente el material que satisfaga todos 
los requerimientos funcionales de un producto (considerando su comportamiento y las 
necesidades de una producción económica), deberá tener un amplio conocimiento sobre:
- Las propiedades de los materiales disponibles.
- Las posibilidades de manufactura, incluyendo:
- La adaptabilidad de los materiales a los diferentes procesos (esto es las propiedades 
importantes que afectan al procesamiento).
- Los efectos de los diferentes procesos sobre las propiedades de los materiales.
- La economía de las diversas combinaciones material-proceso.
Solamente se puede hacer una selección satisfactoria si se consideran estas relaciones 
en conjunto. Esto significa que no basta con seleccionar el material más barato que cumpla 
satisfactoriamente las funciones deseadas, porque podría ser muy costoso procesarlo. Sólo 
cuando los procesos de manufactura han sido seleccionados se pueden evaluar las 
propiedades funcionales de un material, en virtud de que generalmente los procesos cambian 
las propiedades; normalmente producen ciertos cambios mecánicos, físicos y metalúrgicos, 
algunos benéficos y otros perjudiciales. Considerando los cambios de propiedades junto con los 
requerimientos funcionales, es posible seleccionar mejor el material más económico.
1.2 PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
Las propiedades de los materiales pueden ser divididas en los cuatro grupos siguientes:
1. Propiedades mecánicas.
2. Propiedades tecnológicas o de manufactura
3. Propiedades físicas.
4. Propiedades químicas.
 
Las propiedades mecánicas generalmente incluyen las reacciones de un material a las 
cargas mecánicas. En la mayoría de casos, la principal responsabilidad del ingeniero en la 
selección de materiales está relacionada con las propiedades mecánicas, porque para evaluar 
el comportamiento de los materiales en términos de las funciones deseadas necesita saber 
cómo reaccionarán los materiales ante las cargas de diseño.
UBB DIMEC Materiales 2
Las propiedades tecnológicas o de manufactura de un material, que describen la 
adaptabilidad de un material a un determinado proceso, son muy complejas y generalmente no 
se pueden expresar con un simple número. Con objeto de evaluar estas propiedades se han 
diseñado diferentes métodos de prueba para describir la “maquinabilidad”, “conformabilidad”, 
“estirabilidad”, “fundibilidad” y otras propiedades tecnológicas de un material. Estos métodos no 
serán descritos en detalle, pues en este documento sólo se consideran las propiedades 
mecánicas de los materiales y su determinación, ya que son importantes tanto para en 
ingeniero de diseño como para el de manufactura.
Las propiedades físicas incluyendo color, densidad, punto de fusión, punto de 
congelación, calor específico, calor de fusión, conductividad térmica, dilatación térmica, 
conductividad eléctrica y propiedades magnéticas entre otras.
De las propiedades químicas, la resistencia a la corrosión juega un papel importante en 
la selección de materiales y generalmente incluye resistencia al ataque químico o 
electroquímico. La resistencia a la corrosión también puede ser importante durante los procesos 
de manufactura porque influye en la formación de películas superficiales que afectan al 
rozamiento y a la lubricación, así como a la conductividad térmica y eléctrica.
1.3 PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES
Se han desarrollado varios métodos estandarizados de prueba para determinar las 
propiedades mecánicas de los materiales. Estos son sometidos a pruebas de laboratorio en 
condiciones controladas pan poder determinar sus reacciones ante los cambios de condiciones. 
Cuando el ingeniero use los resultados de estas pruebas, deberá tener cuidado para aplicarlos 
solamente en condiciones similares a las de las pruebas. A veces es posible extrapolar los 
resultados de las pruebas a otras condiciones, como una primera aproximación, con precaución 
y recurriendo a los conocimientos generales sobre materiales.
En las subsecciones siguientes se describen las pruebas de tensión, de dureza, de 
impacto (Charpy V), de fatiga y de fluencia.
1.3.1 Prueba de tensión (diagramas de esfuerzo-deformación)
De la prueba de tensión (de tracción) se puede obtener considerable información acerca 
de las propiedades de un material. Una probeta con una geometría estandarizada se sujeta 
entre dos mordazas y se pone en tensión hasta que ocurre la fractura. Las probetas tienen en 
sus extremos una sección transversal mayor para evitar fracturas en las zonas de sujeción y 
generar una tensión uniaxial en la parte central. Es gradual el cambio de sección entre los 
extremos de la probeta y su parte central (véase la Fig.1). Las probetas generalmente son 
cilíndricas para materiales voluminosos y rectangulares para materiales laminados cuya relación 
anchura/espesor es relativamente grande.
(a)
(b)
FIG.1 Probetas para ensaye de tensión: (a) cilíndrica y (b) plana para placa o lámina
UBB DIMEC Materiales 3
Existen muchas máquinas diferentes de ensaye de materiales con una amplia gama de 
posibilidades de carga, normalmente equipadas con algún dispositivo para medir la 
deformación, el cual se fija a la probeta durante el periodo de carga y permite medir con 
exactitud el alargamiento de una longitud previamente calibrada. El dispositivo registra 
automáticamente los valores correspondientes de carga y alargamiento y los presenta en forma 
de gráfica de fuerza-alargamiento. Por supuesto, todas las condiciones de prueba deben 
concordar con las normas locales apropiadas.
Los resultados de la prueba de tensión pueden ser convertidos en un diagrama de 
esfuerzo-deformación, pero antes de estudiar estos diagramas se definirán los conceptos de 
esfuerzo y deformación.
La figura 2 ilustra una barra de sección transversal uniforme en condiciones de ausencia 
de carga y con carga. En la condición sin carga, la longitud de la barra l1 y su sección 
transversal es A1. Cuando se carga con la fuerza P la longitud se convierte en l2 lo cual significa 
un alargamiento de Δl = l2 – l1. El alargamiento por unidad de longitud se llama deformación 
lineal o unitaria y se designa con la letra e. De este modo:
1
1
2
11
12 −=∆=−=
l
l
l
l
l
lle (1)
La deformación unitaria se suela expresar como porcentaje.
La fuerza P, distribuida uniformemente sobre la sección transversal original, genera el 
esfuerzo nominal o de ingeniería que se designará por σnom y esta dado por
0A
P
nom =σ (2)
Las unidades de medida del esfuerzo son N/m2, Kg/mm2 y otras. Cuando la carga aplicada 
tiende a alargar la probeta, el esfuerzo se llama esfuerzo de tensión y cuando la carga tiende a 
comprimir a la probeta el esfuerzo se llama esfuerzo de compresión. Correspondientemente las 
deformaciones se llaman deformaciones por tensión o por compresión. Los esfuerzos y las 
deformaciones relacionados con al tensión normalmente se definen como positivos y los 
relacionados con la compresión como negativos, pero en algunos casos es mas conveniente 
usar las reglas contrarias.
FIG.2 Carga de tensión en una barra
UBB DIMEC Materiales 4
l1
l2 = l1- Δl
l1
l2 = l1- Δl
La figura 3 muestra algunos diagramas típicos de fuerza alargamiento, obtenidos a 
temperatura ambiental y con baja velocidad de alargamiento (condiciones estáticas), para 
diferentes materiales. En virtud de que la temperatura y la velocidad pueden influir 
drásticamente en la forma de los diagramas, es necesario especificaresas condiciones; sus 
efectos se describen posteriormente. Debido a que muchas situaciones de carga se pueden 
considerar estáticas, los diagramas "estáticos" tienen una función importante en la selección de 
materiales.
Los cuatro ejemplos de la figura 3 ilustran cómo varía con el material la relación entre 
carga y alargamiento. La curva para el acero dulce o estructural es poco usual en los materiales 
metálicos, en el sentido de que una vez desviada del comportamiento elástico a una carga Pu, 
se presenta una cedencia no uniforme a una carga inferior Pl. La mayoría de metales presentan 
una relación similar a la del aluminio, donde en la cedencia no ocurre ninguna reducción de 
carga. La relación mostrada en la figura 3 es típica para materiales plásticos. El diagrama de 
fuerza-alargamiento se analizará ahora con el auxilio de la figura 4.
De acuerdo con las ecuaciones (1) y (2), el diagrama de fuerza-alargamiento puede ser 
transformado en un diagrama de esfuerzo-deformación cambiando las unidades de los ejes a 
σnom = P/A1 y e = ∆l / l1. Consecuentemente, el diagrama de la figura 4 puede ser usado tanto 
como diagrama P-∆l como diagrama σnom-e.
FIG.3 Diagramas típicos de tensión obtenidos a temperatura ambiental y baja velocidad
FIG.4 Diagrama de fuerza-alargamiento/esfuerzo-deformación derivado de una prueba de 
tensión
UBB DIMEC Materiales 5
Cuando se carga la probeta, la deformación será elástica hasta el punto B, lo cual 
significa que si se quita la carga en esta región, la probeta regresará a su longitud original l1. El 
esfuerzo es proporcional a la deformación hasta el punto A, es decir, que el material cumple la 
Ley de Hooke, la cual se expresa
σnom = Ee (3)
donde E se conoce como módulo de elasticidad o módulo de Young. Este módulo es un número 
característico para el material o grupo de materiales.
Si la deformación continúa de A a B, seguirá siendo elástica, pero ya no será válida la 
proporcionalidad definida por la ecuación (3). El punto A es llamado límite de proporcionalidad y 
el B límite de elasticidad. Para la mayoría de materiales el límite de elasticidad está ligeramente 
arriba del límite de proporcionalidad.
Cuando la deformación rebasa el punto B, la probeta no regresa a su longitud original 
debido a que ya ha sido deformada plásticamente (esto es, la longitud ha sido incrementada 
permanentemente).
El límite elástico B se define en la práctica como el esfuerzo donde la deformación 
permanente alcanza un valor estandarizado, generalmente entre 0.001 y 0.03% de la longitud 
calibrada.
Si la deformación continua después hasta el punto C, la deformación permanente o 
plástica después de quitar la carga será OD. Si la probeta se carga nuevamente se obtendrá la 
curva DF, y después del punto F se generará la curva que se hubiera obtenido de no 
interrumpirse la carga. La línea DF tiene la pendiente como OA. Esta pendiente es igual al 
módulo E de Young sobre un diagrama de esfuerzo-deformación. Normalmente se pierde una 
pequeña cantidad de energía en el proceso de descarga y recarga, lo cual se indica mediante el 
exagerado ciclo de histéresis entre D y C. Como se muestra en la figura, la probeta inicia 
nuevamente su deformación plástica en el punto F, lo cual significa que el material se ha vuelto 
mas duro menos dúctil que en su condición original. Este incremento de carga se debe a lo que 
se llama endurecimiento por trabajo en frío; es decir, conforme se incrementa la carga que 
produce la deformación plástica, se necesita una carga más grande para producir un mayor 
grado de deformación.
Si la deformación continúa después del punto F, la carga crece hasta el punto G, donde 
alcanza su máximo valor, después de lo cual disminuye hasta el punto H, donde ocurre la 
fractura.
Se ha demostrado experimentalmente que durante la deformación plástica de los 
metales no ocurren cambios volumétricos; esto significa que el alargamiento plástico debe ir 
acompañado por una disminución correspondiente en la sección transversal (o una contracción 
en la dimensión lateral). Para deformaciones menores que la del punto G (Fig.4), la sección 
transversal disminuye continuamente mientras aumenta la carga necesaria para continuar la 
deformación debido al endurecimiento por trabajo en frío. En el punto G, el incremento de carga 
debido al endurecimiento por trabajo en frío se equilibra exactamente con la disminución de 
carga debida a la reducción de área transversal (esto es, los efectos de la reducción de área y 
el endurecimiento por trabajo en frío se equilibran entre sí). Para deformaciones más grandes 
que la del punto G domina la contracción de área, la deformación se vuelve inestable y ocurre 
una estricción localizada (reducción de la sección transversal). La estricción o cuello se 
presenta en la parte más débil de la probeta y los alargamientos subsecuentes de la longitud 
calibrada se deben totalmente al alargamiento local del cuello (Fig.4).
Es evidente que el esfuerzo real o verdadero σ en la probeta se obtendrá dividiendo 
carga P entre el área Ac de la sección transversal verdadera. Así
Ac
P=σ (4)
UBB DIMEC Materiales 6
Por tanto, el esfuerzo verdadero σ es más grande que el esfuerzo nominal σnom (Fig.2), puesto 
que Ac < A1.
Para deformaciones mayores que la del punto G, el esfuerzo deja de ser uniaxial debido 
a la estricción y en consecuencia la ecuación (4) no se puede usar sin corrección. Esta situación 
se estudiará mejor en otra oportunidad.
El diagrama para acero aleado que se muestra en la figura 3 es típico de los materiales 
que no se pueden deformar plásticamente, o que sólo se pueden deformar ligeramente (esto 
es, la fractura ocurre antes de que surja la estricción o la inestabilidad). En muchos materiales 
plásticos la inestabilidad no origina estricción (esto es la probeta se deforma uniaxialmente 
hasta que ocurre la fractura.)
Se darán algunas otras definiciones, haciendo referencia nuevamente a la figura 4.
1. El esfuerzo que se desarrolla en el punto G se llama resistencia última o máxima (resistencia 
a la tensión) y está dado por
1
max
, A
P
utsnom =σ
donde Pmax es la máxima carga aplicada.
2. El esfuerzo correspondiente al punto H se llama resistencia a la fractura (resistencia a la 
rotura o a la ruptura) y está dado por
1
, A
Pf
fnom =σ
donde Pf, es la carga aplicada cuando se presenta la fractura.
3. La deformación axial (nominal o de ingeniería) correspondiente al punto G (antes de que se 
inicie la estricción) se llama deformación uniformemente distribuida (o deformación 
uniforme) y está dada por
ε
1
1
l
llu
u
−=
4. La deformación total permanente (después de la fractura) se llama deformación unitaria o 
porcentaje de alargamiento hasta la fractura y está dada por
 ε
1
1
l
ll f
f
−
=
5. La reducción del área hasta la fractura se define como
1
1
A
AA
RA f
−
=
Las dos últimas cantidades describen la ductilidad del material: mejor ductilidad con los 
valores más grandes. La reducción de área RA se prefiere generalmente como medida de 
ductilidad.
UBB DIMEC Materiales 7
Una propiedad importante en el procesamiento de materiales es el esfuerzo de 
cedencia. Éste es un valor de esfuerzo arriba del cual la deformación es permanente o plástica 
(Fig.4).
El esfuerzo de cedencia está dado por
1
0, A
PK
nom =σ
donde PK es la carga en el momento de la deformación plástica real.
La mayoría de materiales no tienen un punto de cedencia bien definido como el acero 
estructural y algunos plásticos (Fig.3). Consecuentemente, se ha vuelto una práctica común 
medir el esfuerzo de cedencia en el punto de la curva de esfuerzo-deformación que 
corresponda a una deformación unitaria permanente de 0.002. Este esfuerzo de cedencia a 
veces es llamado esfuerzo de prueba a 0.2% (véase la Fig.4) y esta dado por
2.0
1
2.0, PA
PK
nom ==σ
Para el caso especial del acero estructural (Fig.3) se puededefinir un esfuerzo de cedencia 
tanto superior
1
0, A
Pu
unom =σ
como inferior
1
0, A
Pl
lnom =σ
El esfuerzo de cedencia y la resistencia última son medidas de la resistencia del 
material, mientras que el alargamiento y la reducción de área son medidas de su ductilidad. Los 
valores relativos dependen de las características del material respecto al trabajo en frío.
Como se muestra en la figura 5, la forma de la curva esfuerzo-deformación es afectada 
tanto por la tasa de deformación como por la temperatura. La tasa de deformación está definida 
por:
11
1 1/
l
v
dt
l
ldt
ll
dt
dee =∆=∆==
•
donde v es la velocidad de prueba. Esto significa que la tasa de deformación unitaria es la 
velocidad de prueba dividida entre la longitud original de la probeta. La figura 5a muestra que 
con una tasa de deformación creciente se requiere mayor esfuerzo para obtener la misma 
deformación. Muchos materiales tienen una tasa de deformación unitaria muy sensible a las 
altas temperaturas. A temperatura ambiental, la tasa de deformación unitaria generalmente es 
poco sensible. La figura 5b ilustra cómo afecta la temperatura a la forma de la curva esfuerzo-
deformación. Al incrementarse la temperatura disminuye la resistencia y aumenta la ductilidad 
(osea, un efecto opuesto al del incremento en la tasa de deformación unitaria). A cierta 
temperatura el esfuerzo de cedencia se vuelve independiente de la deformación unitaria.
UBB DIMEC Materiales 8
FIG.5 Influencia de (a) la tasa 
de deformación unitaria y de (b) 
la temperatura sobre la forma de 
la curva esfuerzo-deformación.
A menudo es conveniente determinar las propiedades del material en una prueba de 
compresión, debido a que numerosos procesos de manufactura se realizan bajo cargas 
compresivas, con lo cual la prueba da información más cercana a la realidad. La prueba de 
compresión también es útil para materiales de baja ductilidad (materiales frágiles tales como 
concreto, vidrio, madera: y hierro gris) para los cuales la prueba de tensión produce fracturas 
con una deformación unitaria muy pequeña.
La probeta cilíndrica para la prueba de compresión toma forma de barril, cuando es de 
un material dúctil, debido al rozamiento entre los extremos de la probeta y las placas de 
compresión. Por tanto, debe evitarse o minimizarse la influencia del rozamiento para determinar 
las propiedades verdaderas del material. La prueba de compresión no será descrita en detalle.
1.3.2 Pruebas de dureza
La dureza de un material es una propiedad importante para muchas aplicaciones y 
puede ser definida como la resistencia de un material a ser penetrado o su resistencia a ser 
rayado o desgastado. Estas definiciones no describen las mismas propiedades y por tanto, la 
dureza tiene que ser relacionada al método de prueba usado. No hay una exacta correlación 
entre los resultados de las diferentes pruebas en virtud de que éstas miden diferentes 
fenómenos. Las pruebas de dureza son sólo comparativas, ya que es difícil relacionar el 
comportamiento de un material en la prueba con el que presenta en situaciones reales.
La definición de que la dureza es la resistencia a la penetración es la más importante en 
el presente documento. El penetrador puede ser un balín, una pirámide o un cono con una 
dureza mayor que la del material de prueba. Las pruebas de dureza más comunes se describen 
en las secciones siguientes.
Prueba Brinell de dureza
La prueba Brinell de dureza consiste en aplicar una fuerza P a un balín de acero 
templado de diámetro D, para que presione en una parte plana del material sujeto a prueba. A 
continuación el diámetro medio D de la huella impresa en el material se mide mediante una 
escala adecuada integrada a un microscopio de baja potencia. El número HB de dureza Brinell 
se define como la carga dividida entre el área de la depresión. Por esto,
( ) ( ) 


 −−
=
2
1
222/
102.0
dDDD
PHB
π
UBB DIMEC Materiales 9
donde P es la carga aplicada medida en newton, D el diámetro del balín en milímetros y d el 
diámetro medio de la depresión en milímetros. El número de dureza siempre se indica sin 
unidades aunque en realidad tiene las de presión. Es necesario incluir el factor 0.102 en la 
ecuación anterior para mantenerla dimensionalmente correcta.
Las cargas aplicadas están estandarizadas y corresponden a masas de 500, 1000 y 
3000 kg, dependiendo del material sometido a prueba. Generalmente se usa y aplica una masa 
de 3000 kg durante 10-15 seg. para el hierro gris y el acero. Los estándares apropiados 
contienen recomendaciones sobre las condiciones de prueba para los diversos metales. Si no 
se usan las condiciones estandarizadas deberá indicarse HB D/P/t. En la práctica, el número 
Brinell de dureza se determina en tablas que dan el número de dureza para un diámetro de 
depresión específico. La prueba Brinell puede ser comparada en términos generales con la 
prueba de compresión. Entre el número Brinell y la resistencia última existe la relación 
aproximada siguiente para materiales trabajados en frío o sin endurecimiento por deformación:
WButsnom 3.3, ≈σ N/mm2
Prueba Vickers de dureza
Una pirámide de diamante (ángulo de 136º) de base cuadrada se usa como penetrador 
en la prueba Vickers de dureza, y la dureza se define como la carga dividida entre el área de 
contacto:
22 189.0º68/
102.0
d
P
send
PHV ==
donde P es la carga en newton y d es la longitud media de las diagonales de la depresión en 
milímetros. El número de dureza nuevamente se expresa sin unidades.
La masa de la carga aplicada puede variar entre 2 y 120 kg (en pasos estandarizados), 
dependiendo del material. El número Vickers de dureza es independiente de la carga; la prueba 
Vickers se puede usar para materiales muy duros, mientras que la prueba Brinell depende de la 
carga y sólo puede ser usada satisfactoriamente para materiales con dureza Brinell menor de 
500. La Carga aplicada en la prueba Vickers se indica después de las letras HV: por ejemplo, 
HV30.
Prueba Rockwell de dureza
En la prueba Rockwell el penetrador es un cono de diamante (C) con un ángulo 
comprendido de 120º o un balín de acero (B) con un diámetro do 1/16 de plg. La dureza 
Rockwell se identifica por las letras HRC cuando se usa el cono do diamante.
Primero se precarga el penetrador usando una masa de 10 Kg. para asentarlo en el 
material y a continuación se ajusta la aguja del indicador en cero. En seguida se aplica la carga 
principal correspondiente a.150 Kg., después de quitar la carga se mide la profundidad de 
penetración e. El número HRC se determina a partir de la expresión
HRC = 100 - e
donde e se mide en múltiplos de 0.002 mm. La prueba Rockwell es práctica para una 
inspección rutinaria rápida y confiable.
UBB DIMEC Materiales 1
En la tabla 1 se presenta un resumen de las tres pruebas de dureza, de las cuales la prueba 
Vickers es la más usada.
TABLA 1 Resumen de las pruebas de dureza Brinell, Vickers y Rockwell C
Otras pruebas de dureza
La prueba con durómetro se utiliza para determinar la dureza de materiales muy suaves, 
por ejemplo hule y plásticos. La resistencia a la deformación elástica se usa como número de 
dureza en esta prueba.
Las pruebas de dureza descritas basan en alguna forma de deformación, pero como se 
mencionó al principio, la dureza se puede definir también como la resistencia a la rayadura. En 
este caso se usa la escala de dureza de Mohs, que utiliza 10 minerales en secuencia 
ascendente de dureza (talco, 1; yeso, 2; calcita, 3; fluorita, 4; apatita, 5; ortoclasa, 6; cuarzo, 7; 
topacio, 8; corindón, 9 y diamante, 10). Según esta escala un material determinado deberá ser 
capaz de rayar cualquier material que tenga un número Mohs menor. Por ejemplo, el vidrio tiene 
una dureza de 5.5 y el acero templado de 6.5.
1.3.3 Pruebas dinámicasEn muchas aplicaciones, los componentes están sujetos a cargas dinámicas de 
características muy variadas, por ejemplo, carga muy rápida, variaciones continuas de carga y 
de esfuerzo, a veces cambio do tensión a compresión y otras. La mayoría de pruebas 
dinámicas no producen resultados útiles en el trabajo de diseño, pero sí en la clasificación de 
materiales en cuanto al comportamiento que presentan cuando son sometidos a ciertas cargas. 
En las siguientes subsecciones se describen brevemente algunas de las pruebas dinámicas 
más comunes.
UBB DIMEC Materiales 1
Método de 
prueba
Penetrador
Forma de la depresión
Vista lateral Vista Superior
Carga: masa (Kg) Dureza
Brinell
Vickers
Rockwell C
Balín de 
10 mm
Diamante 
Piramidal
Diamante 
Cónico
500, 1000, 3000
2 - 120
150 = 10 + 140
( ) ( ) 




 −−
=
2
1
222/
102.0
dDDD
PHB
π
P medida en N, 
d y D en mm
2189.0 d
PHV =
2
21 ddd +=
P medida en N, 
d en mm
HRC = 100 - e
e medida en múltiplos 
de 0.002 mm
Método de 
prueba
Penetrador
Forma de la depresión
Vista lateral Vista Superior
Carga: masa (Kg) Dureza
Brinell
Vickers
Rockwell C
Balín de 
10 mm
Diamante 
Piramidal
Diamante 
Cónico
500, 1000, 3000
2 - 120
150 = 10 + 140
( ) ( ) 




 −−
=
2
1
222/
102.0
dDDD
PHB
π
P medida en N, 
d y D en mm
2189.0 d
PHV =
2
21 ddd +=
P medida en N, 
d en mm
HRC = 100 - e
e medida en múltiplos 
de 0.002 mm
Prueba de impacto (prueba Charpy de ranura en V)
La prueba de impacto más usada es la prueba de Charpy de ranura en V, en la que se 
mide la energía necesaria para romper una probeta estandarizada empleando una carga de 
choque. La probeta tiene 10 mm en cuadro y 55 de longitud y sobre una de sus cargas una 
ranura centrada de 2 mm de profundidad, con un ángulo de 45º y un radio en el vértice de 0.25 
mm. La probeta se coloca como una viga apoyada libremente, con 40 mm entre los puntos de 
soporte y un péndulo (de altura y masa variables) la golpea en el lado opuesto a la ranura. La 
energía absorbida se puede calcular a partir de la masa y altura del péndulo antes y después 
del impacto. La cantidad de energía absorbida es una medida de la fragilidad del material.
Una fractura frágil se caracteriza por la pequeña cantidad de energía absorbida. Como la 
tendencia a la fractura cambia con la temperatura, la prueba de impacto a menudo se usa para 
determinar la temperatura de transición, debajo de la cual el material exhibe comportamiento 
frágil (fragilidad en la ranura) y sobre la cual presenta comportamiento dúctil. Si se va a usar un 
componente a bajas temperaturas y sujeto a cargas dinámicas, para evitar que falle es 
importante conocer la temperatura de transición del material propuesto.
Prueba de fatiga
Es un fenómeno conocido que los metales, en general, no pueden soportar durante 
mucho tiempo una variación cíclica del esfuerzo cuando los niveles de éste son grandes. El tipo 
de falla que ocurre en estas circunstancias se llama falla por fatiga. La situación de esfuerzo se 
puede caracterizar por R, la amplitud de las variaciones del esfuerzo y por el esfuerzo medio M. 
Si M es cero, el valor de R que provocaría una falla al aplicarse repetidamente resulta mucho 
menor que el esfuerzo para causar falla en un solo tirón.
A partir de las pruebas de fatiga se determina el esfuerzo máximo (R, M) que no produce 
falla, después de cierto número (106 - 108) de ciclos de carga, y se define como la resistencia 
del material a la fatiga. Se ha descubierto que existe un nivel limitante de esfuerzo debajo del 
cual el material no fallará pese al número de ciclos que tengan lugar. Este esfuerzo límite se 
llama límite de resistencia o de fatiga. La resistencia a la fatiga y el límite de resistencia varían 
mucho para diferentes materiales.
La modalidad usual de la prueba de fatiga consiste en hacer girar sobre su eje una 
probeta cilíndrica sujeta por un extremo, cargándola simultáneamente como a una viga voladiza 
o cantilever. La probeta queda sujeta así a esfuerzos de flexión, o sea, a una variación 
sinusoidal del esfuerzo con diferentes esfuerzos medios (dependiendo de las cargas axiales). 
Se han desarrollado diferentes equipos de prueba, pero no se describirán aquí. En todos los 
casos la prueba se realiza de acuerdo con las normas nacionales, las cuales también son útiles 
para seleccionar el equipo de prueba.
UBB DIMEC Materiales 1
Pruebas dinámicas de tensión y compresión
En las pruebas de tensión y compresión descritas anteriormente, la velocidad de carga 
era tan lenta que el diagrama de esfuerzo-deformación representa en realidad una serie 
continua de estados de equilibrio. Si se incrementa la velocidad de carga, cambiará la forma de 
la curva esfuerzo-deformación (σnom - e). La cantidad de cambio depende del material, de la 
velocidad de carga (tasa de esfuerzo o velocidad de deformación) y de la temperatura. En 
general, la curva σnom - e se eleva conforme aumenta la velocidad de carga, lo cual significa que 
se necesita un esfuerzo mayor para obtener la misma deformación (véase la Fig.5). El cambio 
de temperatura tiene el efecto opuesto. Como ya se mencionó, la mayoría de los metales no 
son muy sensibles a la velocidad de carga en la temperatura ambiental, pero a temperaturas 
mayores la sensibilidad puede llegar a ser significativa.
1.3.4 Prueba de fluencia
Si se somete un material a una carga constante y la carga se aplica durante un lapso 
prolongado, el material se deformará permanentemente con el tiempo (esto es, fluirá o se 
deslizará). Todos los metales con carga fluyen a temperaturas suficientemente altas. A 
temperaturas inferiores en 40% al punto absoluto de fusión, la fluencia normalmente no es un 
problema; en consecuencia, sólo tiene relevancia con materiales sujetos a temperaturas 
elevadas, siendo además un efecto a largo plazo.
Durante la fluencia de una probeta sujeta a esfuerzo constante en una prueba de tensión 
existen tres etapas diferentes (véase la Fig.6). En el estado primario, la deformación aumenta 
rápidamente hasta alcanzar una velocidad constante, en la etapa secundaria se estabiliza en 
dicha velocidad constante y en la etapa terciaria la velocidad aumenta hasta que se presenta la 
fractura.
En los materiales plásticos, la fluencia suele ser un problema a temperatura ambiental o 
a temperaturas ligeramente más elevadas. En los metálicos la fluencia usualmente se vuelve 
problemática a temperaturas de servicio relativamente altas. Se han desarrollado muchas 
aleaciones refractarias resistentes a la fluencia para usarse en turbinas de vapor y de gas, 
recipientes a presión, plantas eléctricas en general y otras aplicaciones similares.
 
FIG.6 Curvas típicas derivadas de una prueba de tensión, que ilustran las tres etapas de 
fluencia.
UBB DIMEC Materiales 1
1.4 PROPIEDADES TECNOLÓGICAS O DE MANUFACTURA
En las dos últimas décadas ha tenido lugar un desarrollo muy rápido de los materiales 
de ingeniería, siendo el resultado un enorme número de materiales comerciales con una amplia 
gama de propiedades. Por tanto, sólo se presentará una introducción general y simplificada a 
los materiales de ingeniería. La estructura de los materiales, la dependencia de sus 
propiedades en dicha estructura y otros temas no se describen en esta oportunidad con detalle, 
únicamente se mencionan cuando es necesario adquirir una comprensión básica.
Como ya se ha mencionado, la elección de material que hace el ingeniero no sólo se 
basa en las propiedades físicas, químicas y mecánicas, sino también en las propiedades 
tecnológicas, las cuales describen la conveniencia de un material para un proceso particular de 
manufactura.
Se presenta una breve exposición de las propiedades importantes de los materiales en 
manufactura, la cual servirá como introducción para describir los diferentes grupos de 
materiales.Los efectos de los procesos sobre los materiales a los que se aplican sólo se 
mencionan someramente, ya que un tratamiento más detallado exige mayores conocimientos 
previos acerca de los procesos y materiales.
Como ya se ha mencionado, es muy difícil señalar exactamente qué propiedades, o más 
correctamente qué combinación de propiedades debe poseer un material destinado a un 
proceso determinado. No obstante, a menudo es posible identificar ciertas propiedades o 
características dominantes que debe tener cualquier material para poder someterlo a cierto 
proceso o grupo de procesos. Con el fin de evaluar estas propiedades tecnológicas, se han 
desarrollado muchos métodos especializados de prueba que describen de una manera u otra la 
conveniencia de un material para el proceso o grupo de procesos particular. Los métodos de 
prueba normalmente tienen una aplicación restringida y los resultados se deben evaluar con 
precaución. En la literatura especializada se puede encontrar una descripción de estos métodos 
de prueba.
1.4.1 Conformación de materiales en estado líquido
La conformación de un material a partir del estado líquido incluye las siguientes fases:
Fase 1: fusión
Fase 2: conformación (creación de forma)
Fase 3: solidificación (estabilización de la forma)
En la práctica, las fases 2 y 3 pueden estar más o menos integradas.
La conformación a partir del estado líquido requiere primordialmente que el material se pueda 
fundir, y que se disponga del equipo para hacerlo. El primer punto depende del nivel que 
alcance el intervalo de puntos o temperaturas de fusión y de los requerimientos del equipo para 
producir la fusión completa. Estos requerimientos dependen a su vez de la composición química 
del material, de su afinidad hacia el medio circundadote, de su absorción de gases y de otros 
factores. Si se puede producir la fusión, la siguiente cuestión es la disponibilidad de un molde o 
dado adecuado para una solidificación apropiada.
Las temperaturas de fusión para algunos metales puros comunes se enlistan en la tabla 
1a Los metales aleados, los cuales revisten la máxima importancia industrial, no tienen un punto 
de fusión, sino mas bien un intervalo de temperaturas de fusión definido por la temperatura del 
solidus (temperatura de inicio de fusión), abajo del cual el material es sólido y por la 
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temperatura del liquidus ( temperatura de inicio de solidificación ), arriba de la cual el material es 
liquido. Entre ambas temperaturas existe una mezcla de material líquido y sólido. El intervalo de 
temperatura de fusión desempeña un papel importante en el proceso de solidificación lo cual se 
explicara posteriormente. Los intervalos de temperaturas de fusión para algunas aleaciones 
industriales comunes se presentan en la tabla 1b
Tabla 1 Ejemplos de temperaturas de fusión ( metales puros ) y de intervalos de temperaturas 
de fusión ( aleaciones metálicas )
a) 
b)
El cambio de volumen asociado a la transición del estado líquido al sólido desempeña un 
papel muy importante durante la solidificación, puesto que determina la cantidad de metal 
fundido que se necesita. Todos los metales excepto el bismuto, el antimonio y el metaloide 
silicio se contraen durante la solidificación, lo cual significa que faltará material en la región 
central del componente, ya que la solidificación comienza en la periferia. Esto se compensa 
colocando mazarotas (reservas de metal fundido) sobre el componente. Estas mazarotas se 
deben acomodar de tal manera que sean las últimas en solidificarse.
El volumen de contracción es, por ejemplo, cercano al 2% para el hierro gris, 
aproximadamente del 3% para el acero fundido y del 3.5 al 8.5% para las aleaciones de 
aluminio. La magnitud de la contracción, durante la solidificación tiene una influencia directa 
sobre el tamaño de las mazarotas.
UBB DIMEC Materiales 1
Metale s puros Tº Fusión ( ºC )
Aluminio 660
Cinc 419
Cobalto 1495
Cobre 1083
Cromo 1850
Estaño 232
Galio 29,8
Hierro 1535
Magnesio 650
Manganeso 1245
Mercurio -39
Níquel 1453
Oro 1063
Plata 961
Platino 1769
Plomo 327
Aleaciones Tº Fusión ( ºC )
Acero inoxidable (18% Cr, 9% Ni) 1400-1420
Aluminio (1% Si, 0.2% Cu) 643-657
Bronce (90% Cu, 10% Sn) 1020-1040
Cuproaluminio 1050-1060
Latón (35% Zn, 65% Cu) 905-930
Después de la solidificación el componente se enfría a temperatura ambiental, 
produciéndose una contracción uniforme determinada por la diferencia entre la temperatura de 
fusión y la ambiental, multiplicada por la dilatación térmica media. Esta contracción hacia el 
estado sólido se debe compensar utilizando un molde ligeramente mayor para que el 
componente enfriado tenga las dimensiones correctas.
Como se mencionó, la magnitud del intervalo de temperaturas de fusión desempeña un 
papel importante en la solidificación del material. El incremento en el intervalo de temperaturas 
de solidificación aumenta los riesgos de porosidad interna, desgarramiento por calor y 
segregaciones. La porosidad interna se crea cuando una porción del material semisolidificado 
interrumpe el adecuado vaciado de material fundido por el bebedero. Los desgarres por calor se 
deben a las altas temperaturas del molde, lo que impide físicamente la contracción y da por 
resultado grandes deformaciones por tensión. La segregación, distribución irregular de los 
constituyentes del material, generalmente es producida por un intervalo grande de temperaturas 
de solidificación y en ella la composición del material fundido restante cambia gradualmente 
conforme se reduce la temperatura.
Otras propiedades importantes en la conformación a partir del estado líquido incluyen el 
calor específico, la conductividad térmica y la viscosidad del material.
Se han desarrollado muchas aleaciones de fundición diferentes para minimizar algunos de 
los problemas descritos. También conviene mencionar que continuamente se están 
investigando y desarrollando nuevos procesos de fundición para ampliar la gama de materiales 
utilizables.
1.4.2 Conformación de materiales en estado sólido
La conformación de materiales en estado sólido se puede efectuar mediante procesos de 
conservación de masa, de reducción de masa o de unión.
Procesos de conservación de masa
En la conformación de metales, el proceso básico primario es la deformación plástica de 
tipo mecánico. La capacidad de un material para experimentar deformación plástica está 
determinada primordialmente por su ductilidad (medida por la reducción de área en la prueba do 
tensión). La cantidad de deformación plástica necesaria para producir el componente deseado 
depende del principio que se elija para la creación de superficie y del incremento esperado en la 
información de forma. En otras palabras, la ductilidad de un material determina el principio do 
creación de superficie y el incremento de información obtenible sin fractura.
Las curvas de esfuerzo-deformación son la fuente de información más importante al evaluar la 
idoneidad de un material para ser sometido a deformación plástica. La deformación por 
inestabilidad, la elongación porcentual y la reducción de área son las características 
sobresalientes. En casi todos los procesos de conformación hay una buena correlación entre la 
reducción de área y la "conformabilidad" del material. Las curvas de esfuerzo-deformación 
también revelan los esfuerzos necesarios para producir la deformación deseada. Los esfuerzos 
y deformaciones, así como las fuerzas, el trabajo y la energía resultantes tienen importancia en 
el diseño de herramientas o moldes y en la elección de maquinaria para el proceso.
UBB DIMEC Materiales 1
Como se mencionó antes, las condiciones en que se realiza un proceso pueden influir en 
gran medida sobre, la "conformabilidad". Los parámetros importantes son el estado de tensión, 
la viscosidadde deformación y la temperatura. En cuanto al estado de tensión se puede afirmar 
que la conformación bajo esfuerzos de compresión generalmente es más fácil que bajo 
esfuerzos de tensión ya que se suprimen las tendencias hacia la inestabilidad y la fractura por 
tensión. Mas aún una presión hidrostática como carga adicional incrementa la conformabilidad 
(ductilidad), por lo cual se utiliza en ciertos casos. En la mayoría de procesos, el estado de 
tensión varía a lo largo de la zona de deformación; por tanto, a veces puede ser difícil identificar 
el estado máximo de tensión. 
La velocidad de deformación también influye en la ductilidad de un metal. Una mayor 
velocidad de deformación provoca una menor ductilidad y un incremento en los esfuerzos 
necesarios para producir cierta deformación. Los procesos industriales más utilizados tienen 
lugar a temperatura ambiental; en consecuencia, la velocidad de deformación no ocasiona 
problemas. Sin embrago en aquellos procesos que se efectúan a temperaturas elevadas se 
deben tomar en cuenta los efectos de la viscosidad de deformación (véase la figura 5 del 
apunte “Propiedades de los metales de Ingeniería”). Las altas temperaturas pueden dar por 
resultado un material con un esfuerzo constante de cedencia, el cual es independiente de la 
deformación. En este estado el material puede soportar deformaciones muy grandes, ya que la 
temperatura es superior a la de cristalización, donde se producen continua y casi 
instantáneamente nuevos granos libres de deformación. Estos “procesos de trabajo en caliente” 
no causan problemas graves en la fase de deformación, cuando la velocidad de dicha 
deformación esta controlada.
Lo anterior es válido, para todos los metales, con algunas excepciones: por ejemplo el 
latón para cartuchos, que presenta tendencia a la fragilidad a temperaturas por arriba de la 
temperatura de recristalización.
Procesos de reducción de masa
Los procesos básicos del tipo de reducción de masa son mecánicos (fractura dúctil o 
frágil), químicos (disolución y combustión) o térmicos (fusión).
Los procesos de reducción de masa basados en la fractura son los más importantes 
industrialmente, ya que incluyen todos los procesos de corte. La adaptabilidad de un material a 
los procesos de corte se conoce frecuentemente como maquinabilidad. La maquinabilidad, la 
cual depende de muchas propiedades diferentes del material, es una medida de qué tan buena 
es la interacción entre la herramienta de corte y el material. Los parámetros que cubre un índice 
de maquinabilidad puede ser desgaste de la herramienta, calidad de la superficie, fuerzas de 
corte o forma de la viruta. Se suele considerar que el desgaste de la herramienta es el criterio 
principal y se han desarrollado procedimientos estandarizados de prueba.
La maquinabilidad depende primordialmente de:
1. Las propiedades mecánicas de un material (ductilidad y dureza)
2 Su composición química
3. Su tratamiento térmico (estructura)
En cuanto a las propiedades mecánicas se puede afirmar que una baja ductilidad, un 
bajo endurecimiento por deformación y una baja dureza equivalen a una buena maquinabilidad. 
Análogamente, esto significa que los materiales de alta ductilidad y alto endurecimiento por 
deformación son difíciles de maquinar. En muchos materiales (p.e., el hierro gris) la dureza es 
una indicación razonablemente buena de la facilidad con que se pueden maquinar.
La composición de un material tiene una gran influencia en su maquinabilidad. 
Añadiendo pequeñas cantidades de plomo, manganeso, azufre, selenio o telurio, se puede 
incrementar considerablemente la maquinabilidad sin alterar las propiedades mecánicas.
UBB DIMEC Materiales 1
Respecto a la estructura de un material debe ser lo más homogénea posible sin 
partículas abrasivas ni inclusiones duras, ya que éstas aumentan el desgaste de las 
herramientas y dan por resultado superficies defectuosas.
En aquellos procesos de conservación de masa que son básicos y de tipo químico, las 
propiedades mecánicas desempeñan un papel mínimo o nulo, siendo las propiedades químicas 
y electroquímicas las que tienen una función primordial. Esto significa que un material templado 
es tan fácil de procesar como otro sin temple. Por ejemplo en el proceso de maquinado 
electroquímico la tasa de remoción de material únicamente está determinada por las leyes de 
Faraday.
La combustión, que se utiliza en el corte con soplete, por ejemplo, requiere que se use 
un suministro de oxígeno para que sea posible quemar el material. Es posible cortar acero y 
hierro gris (< 2.5% C); sin embargo, el acero inoxidable no se puede cortar con este proceso.
Los procesos básicos térmicos de fusión (corte y maquinado por electroerosión, por 
ejemplo) requieren que el material pueda fundirse usando una fuente de energía apropiada. 
Después de la fusión, el material debe ser retirado de la zona de maquinado. Estos procesos 
están muy influidos por las propiedades térmicas del material (p.e.: conductividad térmica, 
capacidad calorífica y calor específico). La baja conductividad térmica, así como la baja 
capacidad calorífica, disminuye los requerimientos de energía y minimiza la zona afectada por 
el calor.
Procesos de unión
Sólo so considera aquí el tipo principal de proceso de unión, que es la soldadura por 
fusión. La soldabilidad de un material es difícil de definir, al igual que las otras propiedades 
tecnológicas. Muchos factores como los mencionados bajo conformación de materiales en 
estado líquido, influyen en las propiedades de soldadura de un material. La composición 
química y la afinidad de los constituyentes por su entorno tienen una gran influencia, ya que las 
contaminaciones, absorciones de gas, estructura y otros aspectos dependen de estos factores. 
Además, las condiciones de enfriamiento influyen en los esfuerzos internos resultantes y en la 
dureza final del material.
1.4.3 Conformación de materiales en estado granular
Para esta área de procesos es bastante difícil definir las propiedades del material que 
determinan la adaptabilidad del material granular a la compactación y sinterización. Todos los 
materiales que pueden producirse en estado granular pueden ser compactados y sinterizados, 
pero dependiendo del material particular podría ser difícil desarrollar procesos adecuados de 
compactación y sinterización. En general los requisitos funcionales y no el proceso en si, 
determinan el material a usar.
UBB DIMEC Materiales 1
1.5 EFECTO DE LOS PROCESOS EN LAS PROPIEDADES DEL MATERIAL
Las propiedades originales del material, así como el proceso básico real y las 
condiciones bajo las cuales se lleva a cabo, determinan el conjunto final de propiedades del 
material. Variando los parámetros que rigen el proceso, es posible variar las propiedades 
reales, a veces dentro de límites muy amplios.
Dependiendo del proceso y del material, las propiedades afectadas quedarán incluidas 
en uno o más de los siguientes grupos: propiedades físicas (resistencia a la corrosión, cambios 
metalúrgicos), propiedades mecánicas (resistencia, dureza, ductilidad) y propiedades 
tecnológicas ("conformabilidad", "maquinabilidad", "soldabilidad"). Debe recordarse que algunos 
de los cambios que tienen lugar son benéficos y otros perjudiciales. En la situación real, 
normalmente sólo unas cuantas de las propiedades afectadas son importantes para efectuar las 
funciones deseadas.
Durante el procesamiento, a menudo se introducen en el material varios defectos (micro 
o macrofracturas, porosidad, distribución irregular de propiedades, etc) que podrían influir 
drásticamente en la eficacia del componente. El tipo y carácter de estos defectos debe 
analizarse cuidadosamente.
En la conformación a partirdel estado líquido, las propiedades finales del material 
dependen principalmente de la composición (incluyendo intervalo de temperaturas de 
solidificación), de las propiedades térmicas y mecánicas del material de moldeo y de las 
condiciones de solidificación (dirección, velocidad, etc.). En la conformación de materiales a 
partir del estado sólido por deformación plástica, la cantidad de deformación la temperatura y la 
velocidad de deformación determinan primordialmente las propiedades finales. La deformación 
en frío aumenta la resistencia y disminuye la ductilidad del material. La deformación en caliente 
produce superficies de mala calidad y propiedades mecánicas razonablemente buenas. La 
conformación en estado sólido por maquinado (procesos reductores de masa) influye 
fundamentalmente en las propiedades superficiales (rugosidad, dureza, esfuerzos internos, 
etc.). Estos ejemplos sirven para ilustrar lo compleja que es la evaluación de las propiedades 
finales del material de un componente.
1.6 CLASIFICACION DE MATERIALES
Como se mencionó previamente, es difícil proporcionar en este contexto información 
amplia referente a todos los materiales importantes de ingeniería. Consecuentemente sólo se 
presentará una visión general, para permitir una somera evaluación de la adaptabilidad de los 
diferentes grupos de materiales a los diversos procesos. De este estudio y de las descripciones 
de procesos que aparecen en la literatura especializada, se obtendrán los conocimientos 
necesarios para evaluar las propiedades finales de los materiales.
Los materiales de ingeniería pueden dividirse en grupos que muestren relaciones 
importantes. En este contexto se seguirá la clasificación tradicional, mostrada en la figura 7.
Los principales grupos son materiales metálicos, materiales no metálicos y materiales 
compuestos. Los materiales compuestos están formados por dos o más materiales, de tal 
manera que se obtienen propiedades nuevas y especiales. Los materiales metálicos se 
subdividen en metales ferrosos y no ferrosos. Los materiales no metálicos se subdividen en 
polímeros, cerámicas y vidrios, pero el grupo cubre muchos otros (madera, concreto, ladrillo, 
etc.) que no son importantes para el presente estudio.
UBB DIMEC Materiales 1
FIG.7 Clasificación de algunos de los materiales de ingeniería.
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Materiales
Materiales Metálicos Materiales Compuestos Materiales no metálicos
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2006.09.15
UBB DIMEC Materiales 2
	PROPIEDADES DE LOS MATERIALES DE INGENIERÍA
	1.1 INTRODUCCIÓN
	1.2 PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
	1.3 PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES
	1.3.1 Prueba de tensión (diagramas de esfuerzo-deformación)
	1.3.2 Pruebas de dureza
	Prueba Brinell de dureza
	Prueba Vickers de dureza
	Prueba Rockwell de dureza
	Otras pruebas de dureza
	1.3.3 Pruebas dinámicas
	Prueba de impacto (prueba Charpy de ranura en V)
	Prueba de fatiga
	Pruebas dinámicas de tensión y compresión
	1.3.4 Prueba de fluencia
	1.4 PROPIEDADES TECNOLÓGICAS O DE MANUFACTURA
	1.4.1 Conformación de materiales en estado líquido
	1.4.2 Conformación de materiales en estado sólido
	1.4.3 Conformación de materiales en estado granular
	1.5 EFECTO DE LOS PROCESOS EN LAS PROPIEDADES DEL MATERIAL
	1.6 CLASIFICACION DE MATERIALES