Mikrostruktur- und Texturbildung bei der experimentellen Scherverformung von Hämatiterzen in Torsionsversuchen

• Applicant: Professor Dr. Ulrich Kramm, since 7/2008
• Subject Area: Mineralogy, Petrology and Geochemistry
• Term: from 2005 to 2012
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 16298273

• Final Report Year: 2011

Final Report Abstract

Hämatitproben (> 98% Fe2O3, Sishen Mine, South Africa) mit unterschiedlichen Ausgangskorngrößen von <5 µm, ~7 µm, und ~17µm und fast zufälliger kristallographischer Vorzugsorientierung wurden in Torsionsexperimenten bei Temperaturen zwischen 650°C und 1000°C, 400 MPa allseitigem Druck und konstanten Scherraten zwischen γΧ 0.34 ×10-5s-1 und γΧ 4.7 ×10-5s-1 verformt. Die Versuche wurden bei Scherverformungen zwischen 0.4 γ und 4.7 γ mit Scherfestigkeiten im Bereich τ = 32 bis 326MPa beendet. Bei hohen Scherverformungen und sonst gleichen Bedingungen erreichten die Erze mit den unterschiedlichen Ausgangskorngrößen ganz ähnliche rekristallisierte Korngrößen und ähnliche Scherfestigkeiten, aber sehr unterschiedliche Dichten der Vorzugsorientierungen. Die Korngrößen der Proben, die bei hohen Temperaturen (> etwa 800 bis 850°C) zu hohen Scherverformungen (γ ≥ 3) verformt wurden, zeigen eine gleichmäßige granoblastische Mikrostruktur. Unter 800 bis 850°C sind die Proben nur teilweise rekristallisiert. Die Daten, die bei höheren Scherverformungen (> 3) gewonnen wurden, führten zu einem Potenzgesetz (power law creep equation) mit einer Konstanten lnA= - 5.03 ± 0.61 MPa-2.5 s-1, einer Aktivierungsenergie Q = 249 ± 48 kJ mol-1 und einem Spannungsexponenten n = 2.5 ± 0.5, das Versetzungskriechen mit partieller Unterstützung von Korngrenzengleiten anzeigt. Aus den Endkorngrößen (D) der vollständig rekristallisierten Proben und den zugehörigen äquivalenten Spannungen (σ) ließ sich eine piezometrische Beziehung zwischen der Form: D<µm> = 1055 × σ1.03±0.10 ableiten. Mikrostrukturen und Texturen der experimentall verformten Proben stimmen sehr gut mit den Texturen der natürlich verformten Hämatite mit granoblastischer Mikrostrukur des Eisernen Vierecks, Minas Gerais, Brasilien überein. Die experimentellen Daten liefern einen wichtigen Beitrag zur Entstehung und metamorphen Umwandlung von hämatitischen Eisenerzen.

Publications

• (2010). Development of microstructure and texture of hematite ores deformed to large strain in torsion: can texture identify the prevailing strength and creep mechanisms during deformation? Advanced Engineering Materials 12, 1003-1007
  Siemes, H., Rybacki, E., Kunze, K., Klingenberg, B., Naumann, M., Jansen, E., Brokmeier H.-G.
  
• (2011). Development of a recrystallized grain size piezometer for hematite based on high temperature torsion experiments. European Journal of Mineralogy 23, 293-302, EMPG XIII 2010, Toulouse
  Siemes, H., Rybacki, E., Klingenberg, B., Rosière, C.A.