Mechanical properties of materials

Piobert-Lüders bands propagation at steel yield point, films comments

Films prepared in the laboratories of the IRSID (the french steel industry research center, now Arcelormittal research).
Authors : M. Grumbach, M. Prudhomme, Ph. Lemble
Engineers at IRSID
Cineaste: J.P. Jourdan
Photo Service of the IRSID

General features:

These films have been prepared at Irsid St-Germain-en-Laye laboratories to study heterogeneous plastic strain coming during mild steel yield point; strain is concentrated in plastic bands called Piobert-Lüders bands.

Thin sheet specimen were covered with a liquid photoelastic varnish which had been polymerised by spot heating. Varnish thickness about 1.5 mm.

Polarized spot light was used through a static Polarizer filter (quarter wave length) playing as polariser and analyser; colour 16 mm films have been transferred on VHS first and recently digitalized on DVD by Daniel Kevern, Laboratoire de Mécanique des Sols, Structures et Matériaux (UMR CNRS 8579) Ecole Centrale Paris.

First film (1962):

Aim: To show the birth and propagation of Piobert-Lüders bands during the first stage of tensile tests of thin sheets; the intent was first to learn and also to obtain precise results about bands evolution conditions. The 50° angle between front bands and specimen axis has been verified.

Download MP4 movie:
Small (240*320 26.2MB)
Large (768*576 89.9MB)

• Specimens: width 60 mm, practical length 500 mm;
• Steel grade: low carbon deep drawing sheet (rimming); thickness 1 mm;
• Tensile machine: old hydraulic tensile machine (Amsler 30 tonnes);
• Test conditions: plastic straining at various strain rates with voluntary rapid changes in order to facilitate new bands nucleation ahead of the regular front propagation.

Some tests after ageing of prestrained specimens.

Reference: G. Pomey, C. Crussard, M. Grumbach: Aspect de bandes de de Piobert-Lûders…;
Mémoires scientifiques RM Avril 1964,61, n°4, p.243-255

Second film ( 1970):

Precise observation of new bands nucleation at specimen shoulder and of band lateral growth and slow longitudinal propagation until the end of the yield plateau.

Download MP4 movie:
Small (240*320 26.7MB)
Large (768*576 72MB)

• Specimen size: width 30 mm, length 250mm;
• Material: low carbon steel sheet thickness 0.8mm;
• Tensile machine: electromechanical ( Instron) 5 tonnes;
• Test conditions: low constant speed with stress-strain curve recorded on the film.

Référence: Booklet IRSID-OTUA, L’essai de traction
Le livre de l’acier (Lavoisier, Paris 1994)

Third film (1980) Side viewing of Piobert-Lüders bands during sheet temper rolling (with speaking comments in French):

Aim: to show Piobert-Lüders bands network growing at the first stage of sheet temper rolling ( skin pass ). That network has fish bone like aspect; the bands nucleate at the contact line between roll and sheet and progressively grow across the thickness.

Download MP4 movie:
Small (240*320 22.7MB)
Large (768*576 64.4MB)

• Sheet specimen thickness:10 mm ,width 100 mm, length 250 mm, mild steel with yield point; one side covered with photoelastic varnish;
• Test conditions: 2 high experimental rolling mill with electrohydraulic clamping, 400 mm diameter rolls (black painted to avoid parasite reflections);
• Different load regulations for less than 1% elongation;
• Rolling speed variations as described in the film.

Référence: C. Jutteau, M. Grumbach, A. Le Bon, M. Prudhomme
Etude du skin-pass. Applications industrielles
Rev. Métallurgie-CIT Décembre 1982, p.991-1005

Commentaires sur les films présentant des bandes de Piobert-Lüders

Films réalisés dans les laboratoires de l'IRSID (centre de recherche de la sidérurgie française, actuellement Arcelormittal research).
Auteurs : M. Grumbach, M. Prudhomme, Ph. Lemble
Ingénieurs à l'IRSID
Cinéaste : J.P. Jourdan
Service Photo de l'IRSID

Conditions générales :

Ces films ont été réalisés dans les laboratoires de l’Irsid à St-Germain-en-Laye pour mettre en évidence les phénomènes de déformation plastique hétérogènes qui se produisent à la limite d’élasticité des aciers doux ayant un palier; les déformations sont concentrées dans des bandes qui sont appelées bandes de Piobert-Lüders.

Les éprouvettes sont recouvertes de vernis photoélastique déposé sous forme liquide et polymérisé par des lampes de puissance. Epaisseur du vernis environ 1.5 mm.

Le filtre polariseur est un quart d’onde fixe (polariseur et analyseur); éclairage par spots; caméra cinéma 16 mm couleurs; transfert sur VHS puis DVD, après numérisation par Daniel Kevern, Laboratoire de Mécanique des Sols, Structures et Matériaux (UMR CNRS 8579) Ecole Centrale Paris.

Premier film (1962) :

Objet: montrer la naissance et la propagation des bandes de Piobert-Lüders lors d’essais de traction sur des tôles minces; ceci dans un but pédagogique et aussi pour préciser les conditions d’apparition de ces bandes; on vérifie l’angle de 50° par rapport à l’axe de traction.

Téléchargé le film en MP4 :
Petit (240*320 26.2MB)
Grand (768*576 89.9MB)

• Eprouvettes : largeur 60 mm, longueur utile 500 mm;
• Acier: tôle mince de 1 mm d’épaisseur en acier extra-doux effervescent vieillissant;
• Machine de traction: hydraulique ancienne (Amsler) 30 tonnes;
• Conditions d’essai : vitesses de traction variables avec des sauts de vitesse volontaires brusques, ce qui génère de nouvelles bandes en avant du front de propagation normal.

Quelques essais sur éprouvettes écrouies en traction et vieillies.

Références : G. Pomey, C. Crussard, M. Grumbach : Aspect de bandes de Piobert-Lüders…
Mémoires scientifiques de la RM, Avril 1964, 61,n°4 p.243-255

Deuxième film (1970) :

Objet : examiner avec précision la naissance des embryons de bandes aux congés des éprouvettes, puis suivre la traversée latérale et la propagation longitudinale lente jusqu’à la fin du palier.

Téléchargé le film en MP4 :
Petit (240*320 26.7MB)
Grand (768*576 72MB)

• Eprouvettes : largeur 30 mm, longueur utile 250 mm;
• Acier : tôle mince en acier extra-doux épaisseur 0,8 mm;
• Machine de traction : électromécanique (Instron) 5 tonnes;
• Conditions d’essai : vitesse constante lente avec enregistrement de la courbe de traction visible sur le film.

Références : Brochure IRSID-OTUA L’essai de traction
Le livre de l’acier (Lavoisier, Paris 1994)

Troisième film : Observations des bandes en skin-pass (temper rolling) (1980)

Objet : mettre en évidence le réseau de bandes de Piobert-Lüders qui se crée au début du laminage dit skin pass . Ces bandes en forme d’arêtes de poisson naissent dans l’emprise et se propagent dans l’épaisseur de la tôle.

Téléchargé le film en MP4 :
Petit (240*320 22.7MB)
Grand (768*576 64.4MB)

• Echantillons de tôles d’épaisseur 7 mm, 100 mm de largeur et 250 mm de long, en acier doux à palier dont la tranche est recouverte de vernis photoélastique;
• Conditions d’essai : laminoir expérimental duo à serrage électrohydraulique, cylindres de 400 mm de diamètre (peints en noir pour éviter les reflets);
• Déformations de l’ordre de 1% (réglages par l’effort de laminage);
• Vitesses variables selon indications.

Référence : C. Jutteau, M. Grumbach, A. Le Bon, M. Prudhomme
Etude du skin-pass. Applications industrielles
Rev. de Métallurgie-CIT Décembre 1982, p.991-1005