Abstract Yielding in pure BCC metals and dilute substitutional alloys occurs by double-kink nucleation and propagation along screw dislocations. At low temperatures, the yield stress is controlled by double-kink nucleation. Here, an analytical statistical model is presented to predict the stress- and length-dependent double-kink nucleation barrier in dilute BCC alloys solely in terms of the double-kink process in the pure metal and the solute/screw-dislocation interaction energies in the dilute alloy. Consistent with early literature, dilute alloying always reduces the double-kink nucleation barrier (softening) independent of solutes or matrix. The model is extensively validated via simulations in model Fe-Si alloys described by interatomic potentials. The model is then compared to experiments on real Fe-Si, W-Ta, and W-Re alloys, showing qualitative agreement consistent with the accuracy of the inputs. A cross-over from the dilute limit to the non-dilute limit, where there is hardening, is analyzed using the present theory and the non-dilute theory of Maresca et al. The analysis for Fe-Si is consistent with a cross-over at ≈ 2 − 3 at. % Si, as observed experimentally, and qualitatively consistent with W-Ta and W-Re. The present theory plus the recent theory of Maresca et al. together provide a coherent predictive framework for strengthening of screw dislocations over the full range of concentrations from extremely dilute ( ≪ 1 at.%), to dilute (up to a few at.%) and non-dilute alloys including High Entropy Alloys.

中文翻译：

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稀BCC合金中双扭结形核理论

摘要 纯 BCC 金属和稀置换合金的屈服是通过双扭结成核和沿螺旋位错传播发生的。在低温下，屈服应力由双扭结形核控制。在这里，提出了一个分析统计模型来预测稀 BCC 合金中应力和长度相关的双扭结成核势垒，仅根据纯金属中的双扭结过程和金属中的溶质/螺旋-位错相互作用能。稀释合金。与早期文献一致，稀合金化总是降低双扭结成核势垒（软化），而与溶质或基体无关。该模型通过在由原子间势描述的模型 Fe-Si 合金中的模拟得到广泛验证。然后将该模型与真实的 Fe-Si、W-Ta 和 W-Re 合金的实验进行比较，显示与输入的准确性一致的定性一致性。使用现有理论和 Maresca 等人的非稀释理论分析了从稀释极限到非稀释极限的交叉，其中存在硬化。Fe-Si 的分析与 ≈ 2 − 3 at 处的交叉一致。% Si，如实验所观察到的，与 W-Ta 和 W-Re 定性一致。目前的理论加上 Maresca 等人的最新理论。一起提供了一个连贯的预测框架，用于在从极稀（≪ 1 at.%）到稀（高达几个 at.%）和非稀合金（包括高熵合金）的整个浓度范围内强化螺旋位错。使用当前理论和 Maresca 等人的非稀释理论进行分析。Fe-Si 的分析与 ≈ 2 − 3 at 处的交叉一致。% Si，如实验所观察到的，与 W-Ta 和 W-Re 定性一致。目前的理论加上 Maresca 等人的最新理论。一起提供了一个连贯的预测框架，用于在从极稀（≪ 1 at.%）到稀（高达几个 at.%）和非稀合金（包括高熵合金）的整个浓度范围内强化螺旋位错。使用当前理论和 Maresca 等人的非稀释理论进行分析。Fe-Si 的分析与 ≈ 2 − 3 at 处的交叉一致。% Si，如实验所观察到的，与 W-Ta 和 W-Re 定性一致。目前的理论加上 Maresca 等人的最新理论。一起提供了一个连贯的预测框架，用于在从极稀（≪ 1 at.%）到稀（高达几个 at.%）和非稀合金（包括高熵合金）的整个浓度范围内强化螺旋位错。