Fundamentos de Metalurgia Física

298 Pages·1987·16.305 MB·Spanish

by  John D. Verhoeven

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tao brcao mprenldoessg i uientes
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FUNDAMENTOS
Descripcdieól no sc ristales
DEME TALURGIA
Determinacdieló ane structura
FÍSICA
Deformacipólná stidcea l osc ristales
metálicos
Dislocaciones
Vacancias
Difusión
lntercaras
Nucleación
Solidificación
Recuperacyi róenc ristalización
Precipitaac piaórntd iers oluciosnóe­s
lidas
:recimiecnotnot rolapdoor d ifusión
del osp recipiteande oqsu ilibrio
fransformacmiaornteesn s(ticas
1\lgunaasp licacidoen leasm etalurgia
física
FUNDAMENTOS
DE METALURGIA.
,
FISICA
JohnD .V erhoeven
DepartamendteMo e talurgia
IowaS tatUen iversity
Ames, Iowa
EDITORIAL LIMUSA
MÉXICO • ESPAÑA • VENEZUELA• ARGENTINA
COLOMBIA• PUERTROI CO
Versiaóunt orizeaned sap añol
A Liz
del ao brpau bliceandi an glpéosr
JohnW ile&y S onsI,n c., eclto ínt ulo:
FUNDAMENTAL$O F PHYSICAL METALLURGY
© JohnW ile&y S onsl,n c.
ISBN0 -471-90616-6
Versieósnpa ñola:
OSVALDOS ILV AL UNA
QuímicIon dustdreil aaUl n iversiAduatdó nomdae N uevLoe ón.
MaestreínCa i encidaeMs a teriadleelI sn stitPuotloi técnico
NaciondaelM éxico.
Revisión:
GUILLERMO SALBAAS NUET
IngeniQeuríom icMoe talúrgyi Pcroo fesdoerC arredreal a
FacultdaeQd u ímicdael aU niversiNdaacdio nAault ónomdae
MéxicEos.p eacliideandF undicioóbnt eniednae lC urso
PanamericdaeMn eot alurOgEiAa.,
TipograSfIíSaT:E MASE DITORIALEST ECN/COSS,A .d eC .V
La presentayc diiósnp osiecnic óonn jundteo
FUNDAMENTOS DE METALURGIAFI SICA
sonp ropieddaedle ditoNri.n gupnaar tdee e stoab ra
puedsee rre producoi tdraa nsmitida, nmiendgiúsanin sttee ma
o métodoe,l ectróon mieccoá ni(cion cluyeenlfd oot ocopiado,
la grabacoi cóuna lqusiiesrt edmear ecuperayc ailómna cenamier:ro
dei nformacisóincn)o ,n sentimipeonret soc ridteole ditor.
Derechroess ervados:
© 1987E,D ITORIALL JMUSAS,. A .d eC .V .
Balder9a5s,P rimepri so0,6 04M0é xic1o, FD..
Miembrdoe l aC ámarNaa ciondaell a
IndustErdiiat orRieagl.i stNrúom .1 21.
Primeerdai cli ó9n8 7.
ImpreseonM éxico
(3954)
ISBN9 68-18-1943-8
Prólogo
Estlei brhoas ideol r esultdaedu on c urspoa rlao psr imernoisv elseosb rmee ta­
lurgfiías iqcuae y oh ee nseñadduor anvtaer iaoñso sE.lo bjetdiveoll i breosp re­
sentuanra s óliidnato drucciaó nl osf undamendteom se talurfgíisaip caar lao s
estudiaqnuteeh sa nl levaudnoc ursion trodourcitdoe m etalurogc iiae ncdiema a ·
teriaulseasn dloi brcoosm oe ld eV anV lacok las erdieeW ulfyf o tro(sv éalsae
lisdtear eferenpcairaeasl c apítu1)l o.N u esterxap erieennce ilea s taddoeI owa
has idoy, y oc reoq uee sb astanctoem úne nl osE stadUonsi doqsu,e u ng ran
númerdoe e studiaqnuteei sn icieasnt udidoeps o sgradeon m etalurvgiiean dene
lacsa rredrea sf ísqiucíam,i cian,g enimeercíáan ioc ian geniería qSueeí smpiec·a .
raq uee stlei brsoe aú tipla reas toess tudiaenntu ensc ursion troductoo prairoa
losa utodidayc,tt aamsb iéqnu,e s eaú tieln l ap reparacdieól no sq uea únn os e
gradúaenn m etaluraglio af recearlle es tudiaunntafe i rmceo mprensdieól no s
fundamendteol sam etalurgiae nfl íospsir ciam ercousr sos.
Lam etap rincipalli bdereospl r oporciuonnaab ra stee órica pcaormap rlean ·
siódne c ómo contrloael satrr ucttuarmab;i én, se expllaei sctar uccótamus oru a
vezc ontrollaaps r opiedamdeecsá nicCaosn.s ecuentemeelln itbesr,eo r ivrcáo mo
unab asep aruan e nfoqumeá st eóriqcuoe p ráctidceol am etalurfgíisai Scian.
embargloo,ts ar tamientteorósi cohsa ns iddoi rigihdaocsil aap resentadceim óén­
todossi mpldeesp rimer oerndl ean formmáasc larya s enciqluleas eap osible;
enl os últciampoíst usleoh sa ni ncluiadlog unaapsli ccaiondeesl aisd eaesn foca­
dasa lc ontrdoell apsr oipedadmeesc ánisc.a
El libro pirnetseenntetalat re mad el am etalurfgíisaid ceau na manera más
estructuqruaeld oal si brdoest extaon terisoorber�ee lm ismot emaM.i e xperien·
ciai ndiqcuae e stoel anteamieesnu tnoaa yudpae dagógmiucyaú tiLal .p rimera
mitadde ll ib(roca pítul1o-s8s e)d edic1 laa isd eabsá sicdaefs í siyc dae q uímica
sobrlea cs ualseess ostileanme e talurfgíisai Eclap .r imecra pítuplroe senatlag u-
Prólogo Prólogo 9
nosc onceptsoosb reem paquetamiaetnótmoi cquoe s ed esarroelnlc aanp ítulos Nos ei ncluuynóc apítusloob rfeí sidceal osm etalceosm os eh acaem enudo
posterioSreie nsc.l uyep-rloay ecceisótne reogrcáofnei loc baj etdoeu· t ilidzeasr­ en librdoest extsoo brmee talurfgíisaid ceab idao q ues ienqtuoe e si mposible
puése stiam portahnetrer amieyn ptaar daa ra le studiaanltgeu neax perieennc ia hacejru stiace isatt ee mat anc ompleejnou ns imple capNíot sueil not.e ndteas a­
suu soL.a m ayorídae l ose studiannota epsr enden este temeas thuadsitaan que nimaarl e studiainntadeg adoprr esentandom ateesrtieda elm asiabdroe vceo mo
difraccdieór na yoXs, l oc uaels a menudoe nu naé pocpao sterEiolcr a.p ítulo parqau eé ll ogruen as ólicdoam prensisóeon m,i tpea raan imaralt oo maurn c ur­
sobrdee terminaecsitórnu cteunrfaalt lizata é cnidceaL auei lustrainddeoac so n­ soi ntroductoar liafo í sidceale stadsoó lidEon.r elaccioónne stsoe n otarquáe
cernieanl taeo sr ientadceiu ónnc ristuantl e,m qau ec onf recuenecsii map ortante heh echéon faseins afpal icacdieól nam etalurfgíisaia clca o ntrdoell apsr opie­
enl aasp licacidoenl eams e talurfgíisai Sceai .n cluuynea i ntroducacl ioómsni ­ dademse cánicya msu y pocos obreeld el apsr oipedadeelse ctromagnEésttiac as.
croscopeiloesc tróndiect orsa nsmisyi dóebn a rriddeob idaos uc recieinmtpeo r­ limitacsieió nnd iecna Ifnat roduc(cpiáógni 2n)ay ,s ej ustipfairccai almaeqnutíe.
tanceinal ae valuaceisótnr uctduerl aolms e taleEslc. a pítusloob rdei slocaciones Tambiéens r esultdaeda ol gundaesm isi nclinacailoc nreeseq ru el apsr incipales
has idpor ecedipdooru nc apítusloob rpel asticdiedm aodn ocristdaelbeisda o contribucailod neessra orlldoe lco ntrdoell apsr opiedamdeecsá nicpaosra que­
queh eh allaqduoe u ne studdieof adsi slocaceisom náesis m portapnatreea l e s­ lloqsu eh ane studieandl oo sE stadUonsi dohsa ns idhoe chapso rl oqsu es eh an
tudianstipe u edvee rp rimeruonf enómenmoa croscópeinec loq uei ntervengan especialeinze alád roe dae m etalurtgriaado incailm,ie ntrqausel oasv ancmeássi m­
estos defPeocrtr oasz.o nseism ilaerlec sa,p ítusloob rdei fusivóadn e sdleac on­ portanetnee slc ontrdoel lparso piedaedleesc tromagndéetl iomcsea tsa lleashs a n
cepcifóenn omenolóhgaisctlaaaa tomístSiech aai. n cluuindc oa pítusolbor e zonas hechion dividquuoehs a ne studifaídsoi ca.
interfaccioanel leo sbj etdoe d estaclaair m portandceie as tteóp icoL.a si deadse Parecevei denatheo rqau el aass ociacicoineenst ífyi tceacsn ológliocgarsa rán
estcea pítuelsot áuns ualmednitsep eresnatsrl eam ayopra rtdeel olsi brdoets e xto laa dopcidóenu ns isteumnai fordmeeu nidadEesst.a sso nl adse lS isteImnat er­
(SysItnetmeer nflnttiie osn)fl,l
sobrmee talurfgíisai cSai.e ntqou et ratlaarsc omou nt ópicdoi stianytuod aal naciondaelU nidades d' U al acsu alseesr eficeor­e
estudiaan vteers ua mpliaap licabielnit doaddal sa tsr ansformacdiefo anseLaes . múnmentceo mou nidadSeIs.E n el apénAd iscepe r esenutnab revaen álisis de
segunpdaar tdee ll ibr(olo úsl tim6o csa pítulsoeds e)d icaal na tsr ansformaciones lausn idadSeIse n contracdoamsú nmenetnem etalurfgíisai ca.
def as,ce oné nfaseincs ó moé stapsu edesne urt ilizpaadraeasl c ontrdoell apsr o­ Estoyp articrumleantaeg radecai ldaoU niversiddealEd s taddoe l oway su
piedadmeesc ánicdaels o mse tales. departamednetM oe talurpgoira habedramdeol ao portuniddeae dn señmaert a­
Losm uyi mportantteemsad se l ad escripdceil óaen s tructcurrias tayl lionsa lurgfiías iac lao ess tudiadnetn eisv edlel icencipaotruv raar iaoñso so,p ortunidad
diagramdaesf asneo s eh anc ubieretnlo o sp rimercoasp ítudleobsi daoq uee s­ quec ondujaol desardreoe lsltloei brMoe. g ustaargíraa detcaemrb iéaan l gunos
totse masso ng enelrmaentuen t ópicpor incidpela olls i brionst roducteonrl iooss de misc oleglaasr evisdieód ni ferenctaepsí tulDors.T, o m ScotDtr,. R ohit
quee stoab rsae b asaS.i ne mbarghoe,e ncontrqaudeol oess tudiannotd eosm inan TriveDdri.K, e nK insmaDnr,. F ranKka yseDrr,.M onroWee chslyeD rr .J ohnP at­
generalmeenstteot se msad espudéesu nc ursion troductpoerriqoou ,es ec apaci­ tersoAnd.e másm,e gustaarsíiam isamgor adeact erre dse m isp rimerporso fesores
tanr 4pidamepnartaeh acertlroba ajandcoo ne jercicEino lso.sp rimercousa tro enf aU niversiddeM aidc higqauni enmeost ivarmoiin n teerné sml eat alurgia física,
capítusleoh sa incluicdioe rntúom erode problemqause i mplicealnu sod e Dr.E dwarEd. H uckeD,r .D aviVd. R agonye D r.M ar iuc Je.S innoFtitn.a lmenltee ,
J
númerodsi reccioníanldeiscde,es M illeprl,a noy sd ireccidoenu ensaf ormay, e n estomyu y agradecai mdio exclentsee cretaMriisaYs,e rnTah ompsopno rl a
losc apítu6l,o9 s, 1 1y 12s ei nocrporavna riporso blemsaosb rdei agramdaes preparacyi aórnr egplaor laa p ubclaiciódne lm anuscrmietcoa nografyi aMadr o.,
faseR.e comienednog ramne didqau el oes studiaqnuteen sot engabna sesso bre HarlaBna kepro rl ap reparac1idóevna ridaesl afso tomicrogqruaefa ípaasr ecen
dichotse masl,o ses tudieenln o lsi obsri ntroductcoormiodo esr eferen1cy i 2a s ene ll ibro.
delc apítuulnoo .
Alf indaelc adcaa pítusleeo n cuentraalng unporso blempaosr quhee h allado JohnD .V erhoeven
quel ar esolucdieóp nr oblemeases s encpiaarlqa u ee le studiaanltcea nucnea b­
soludtoom inidoe lt emaE.n v aricoasp ítu(lpooser j empclao pítu6l)ho e u tili­ Amesl,o wa
zadol opsr oblempaasrp ar esenltaaasrp licacipornáecst idcela asis d eaesx presadas Octubdree1 974
ene lc apítu(lpoo erj emplcoa,p ítu6l)o.E ln úmerdoe p roblemoarsi gisnear le ­
dujaol am itacdo ne lo bjedteob ajalroc so stdoesp ublicacpieórlnoo, ps r oblemas
adicionsaele ensv iarsáonb rpee didPoo.re lm ismom otivsoem inimiezlón úme­
rod ef otograuftíialsi zeande alsl ibrCoo.n secuentemseenu tsaer,o ne squemas
dondfeu eroand ecuadroesm,i tiénadleo sset udiaanu tneao másr eferenpcairaas
lafso tografríeaasl es.
Contenido
Introducción 15
Capítul1o Descripdceil óoncs r istales 19
1.1 Empaquetamiaetnótmoi ecnoc ristcaelceyas e hc 20
1.2 La proyecceisótne reográfica 29
Capítu2l oD eterminacdieól naes trctuuar 47
2.1 Difraccdieró any oXs 48
2.2 Micorscopeiloe ctródniect or ansmis(iMóEnT ) 56
2.3 Microscoeplieoc tródneib caor ri(dMoE B) 61
Capítu3l oD eformacipólná stdiecl ao csr istmaélteasl icos 71
3.1 73
Sistedmead se slizamiento
3.2 Esfuerzo corretsaune(tlfeta oc tdoeSr c hmid) 76
3.3 81
Pruebdaest ensieónmn o nocris(tc aclce3s)
3.4 Relacicóonnl ad eformacpioolinc ristalina 84
3.5 Resistetnecóiraid cela o mse tales 88
11
12 Contenido Conetnido 13
Capítu4l oD islocaciones 93 Capítu9l oS olidificación 253
4.1 La dislocadceib óonr de 93 9.1 Nucleación 253
4.2 La dislocadceit óonr nillo 101 9.2 Solidificdaecm ieótna h;s puros 258
4.3 Dislocacmiioxnteass 104 9.3 Solidifidceaa clieóanc iones 265
4.4 Terminoldoegd íias locac"itoonrecsi das" 105 9.4 Solidificdaeca ilóena cieounteésc ticas 285
4.5 Lazodse d islocación 107 9.5 Metalceosl ados 300
4.6 Dislocacmióovnielse sc reins traelaelse s 109
4.7 Observacdiedó ins locaciones 110
4.8 Energdíead eformaceilóáns tica 112 CapítullOo Recuperacyi róenc ristalización 347
4.9 Energdíead islocasc ione 113
4.10F uerzeansl adsi slocaciones 115 10.1E nergaílam acenada 349
4.11E lc ampod ee sfuerpzroosd ucipdoord islocaciones 120 10.2L iberacdieeó nne rgaílam acendaudraa netler ecocido 351
4.12T ensión lineal 122 10.3C inétdiecl aar ecuperación 357
4.13D islocaceixotneensd idas 124 10.4M ecanisdmeon su cleacpiaórlna ar ec ristalización 359
4.14D islocaceinom neetsa lcecsac 130 10.5C inétdiecl aar ecristalización 362
4.15G eneraddoeFr r anRke-ad 137 10.6C ontrdoell at emperatduerr eac ristalyiz ealct iaómna ño
4.16I nterpretdaeclfli uójnpo l ásteinct oé rmindoesl delg rano 371
movimiendetd oi slocaciones 139 10.7T emaasfi nes 37'i
Capítu5l oV acancias 147 Capítu1l1o Pr ecipitaacp iaórtnid res oluciones sólidas 385
5. l Formacidóenv acancias 149 11.1R evisdióeln o dsi agraemnaesr gílai eb-rcomposición 385
11.2La transfcoirmóapno rp reciapciitón 396
11.3N ucleaceinóe nle stasdóol ido 404
Capítu6l oD ifusión 157 11.4C inétdiecl aa rse accidoenp erse ciitpadón 422
6.1 Enfoqufee nomenológico 11.5E ndurecimipeonrpt roe cipitación 429
158 ·.·1
6.2 Enfoquaet omístico
176
Capítul1o2 Crecimiceonnttor olpaod>:do i fusdieól no psre cipitados
Capítu7l oI ntercaras 189 ene quilibrio 445
7. l Clasificagceioómne,t yr eínae rgdíeia ntercaras 189 12.1P recipitmaodnoosf ásil:OS 445
7.2 Tensisóunp erfi,cyi eanle rglíiab sruep erficdeii anlt ercaras2 01 12.2T ransformaceiuótneecst oides 452
7.3 La formdae l ogrsa noesn d osy tredsi mensiones 218 12.3P repciitacdiiósnc ontinua 470
7.4 Segregaecnil óínm itdeegs r ano 220
7.5 Movimiednetl oím itedseg rano 222
Capítu1l3o Transfocrmiaonmeasr tensíticas 481
Capítu8l oN ucleación 237 13.1M aclado 483
13.2C ristalodgert arfaínas formamcairotneenss íticas 493
8.1 Nucleachioómno génea 240 13.3A lguncaasr acterídselt aitscr aasn sformaciones
8.2 Nucleachieótne rogénea 247 martensíticas 503
14
Contenido
13.4T ermodinámica
513
13.5M artensittearmso elásticas
515
13.6C aracteríasdtiicciaosn daell esast ransfocrimoanes
martensíticas
519
13.7N ucleacdieól nam artensita
523
13.8R esumeyn c omparaccioónnl atsr ansfocrmioanmeass ivas 525 Introducción
13.9B ainita 526
Capítu1l4o A lgunasa plicacdieol nae sm etalfuírgsiiac a
14.1M ecanismodser efuerzo
541
14.2R esisteyn dcuicat ilidad
545
14.3La metalurfgiías idceaa l gunaocse rdoesa ltrae sistencia 550
Apéndice UnSiIda des
583
�
Losm etalheasn s idsoi emperlem entofsu ndamenteanle elds e sarrdoelll aoe s­
Ind iec 587 peciheu manac,o mob iesne i lustproare lh echdoe q uel oasr queólosgero esf ie­
rena unae dadd eb roncye a u nae dadd eh ierernos uc lasificadceli óaenst apas
del ae volucdieólnh ombreE.s tpea pedlo minanetsep articularcmieenrtpteao r a
lai ndustrialdiezl aocsúi lótni m1o2s0 a ñosq ueh ac ambiatdaond rásticamente
nuestrvaisd acso tidiadneassda eq ueldlean su estrboiss abueyl boiss abuePlaarsa.
ilustersatrhe e chcoo nsidneurees trvoesh ícudleot sr ansportaPcorie ójne.m plo,
¿cómof abricaría cdueaJ loqasur iteírcaus liogsu iesnitenel su sod el omse tales?:
automóvitlreesn,ea se,r oplatnroasc,t obraersc,o bsi,c icleptaatsi,n eettacsE.,s tá
clarqou el omse talteise nuenna f unciiómnp ortanetnee stovse hícuplaorst,u ilcar­
menteen l amsá quinqause l epsr oporcioneanne rgíEas.td ae pendenncoitaa ble
hacilao sm etaleesst ambiébna stanotbev icau anduon or ecorarleg unpal anta in­
dustrisaelaq, u ímicmae,c ániceal,é ctrniuccael,a ro dec ualquoiterrto i poS.i n
embargao m,e nosd eq ueu nor eflexiounnpe o con,o e se videnqtueel omse tales
desempeñafrunacni oncelsa veeri l osc ambioqsu eh ano curirdoe nn uestrporso ­
piohso gareCso.n sidelroess iguieenlteems entqousen osotrtoesn emopso rc o­
munesJ,o sc ualeersa dne sconociednlo oshs o gardeesn uestrboiss abuedleolss i ­
gloX IX:
Instalacsiaonnietsa rias
Luze léctryi aclau mbrado
Estufealsé ctricas
Refrigerad ores
Lavadorya sse cadoras
Lavadordaeps l atyo esl imim.ddoerb eass ura
Hornyo dueto(sot uberías)
15
16 Intr aducción Intr aducción 17
Radiyo t elevisión
Comop uedoeb servaresnle a t ablsais, e c ontroellaa r regaltoó miycl oa m i­
Marcodsea lumionp iarvae ntanas
croestruscetp uuread ecno ntrotloadra lsa psr opiedafdíessi dcealms e taple,r o
Sistedmeaa iraec ondicionado.
particularlmapesrn otpei edamdeceásn icEanst.o nceesle, s tuddieocl o ntrdoell a s
propiedades mdeecl áonmsie ctaasls eehs a reán l oúsl timcoasp ítudleoe ss tlei bro.
Ena lguneat apdae·t odoess toasr tículloosms e,t alceusm pleunnp apeilm ­
Elm etalurgeiscs atpaa dze c ontroellaa rrr eglo aytl óamm iiccor oestrupcotru ra
portandteem odo qsueer ímauy d ifíyc,if lr ecuentemiempnotsei pbrloe,d ucirlos
_ mediod ep rocestoasl ceosm oc oladcoo,n formayd tor atamiteénrtmoi cUon.a
sme lu sod em etalDeess.d leu egaod,e mádsel omse taloetsr,o msa teiralteise nen
del amse tadse e stlei bersoo frecleabrsa setse óriqcuaeps e rmitaau nn oc ompren­
funciocnleasve enl am anufactduerm au choasr tícuelnno use stmroad erntae cno­
derc ómoy porq uéd ichopsr ocesos coenlta rrorleaganlt oó micyo l am icroes­
logíPao.re jemplcoo,n sideelrp ea pedle lh uleen l alsl antdaels o sa utomóviles
tructeunrl aaf ormqau el oh acen.
y eld evli dreinol avse ntantarsa nasrpentes.
Eli ngeniperrooy eicsttsae lecclioomnsaa te riaqlueest ienleanps r opiedades
físidcesaesa dyaq su es onl omsá se conómicEoxsi.s teesne ncialmternepstr eo pie­
dadefsí sipcraisn cipdaell eosms e talqeusee xpliscuap na pecll aveene ld esarro­
lldoe lh ombreE.s tasso n:
l.F ormabiliCdaastdio. d oJso osb jetmoest áliqcuoeus s teuds ah ans idmoe ­
cánicamefnotrem adoSsó.l aop roximadameeln2 t0e% s eu sand irecta­
menteen s uf ormdae c olada.
2.R esistesnicnfi raa giliMduacdh.o msa teriales,e lv ciodmrois oo,nm uy
fuertpeesr,to a mbiéenx tremadamfernátgei ploerls o,q ueu non uncsao ­
fiareínad isefuinaa rl dae a eroplhaencoh dae v idraiuonc uandsour esis­
tencail aac edenceis7a v ecemsá sa ltqau el a nduee stmreajso raelse aciones
dea luminio.
3.P ropiedaedleésc tryi cmaasg néticLaassp. r opiedamdáessi m potranst e
aqusío nl ar elativamente bajeal ércetsdrieisJ ctoaims ve itdaalydel sam ag­
netizacdieló onms e talfeesr rosos.
. Lam etalurfgíisais cera e lacimoánsac one le fecdteol a rregaltoó miycl oa
mtcroestrudcetlmu ertaa yl n oc ons usp ropiedafdíessi cSaesp .u ederne sumir
estraesl acieonnl eass i guietnatb.el a
Influendceiala rreglo Influencia de la
Propiedaf{dí sic a y lodse fectaotsó micos microestructura
rcsistcnl·ia
Mecánica muy fuerte muy fuerte
{du<.:t ilidad
resistividad
Eléctricam agnetización
y conductividad poca del ige__.r afuerte
térmica
rcsistcan l'ia
lal"< JTrosión
poca lige__.r maoderada
potencial
catalítico