金屬材料的許多性能與其內(nèi)部原子的排列方式即晶體結(jié)構(gòu)息息相關(guān)。例如，面心立方晶格的銅、鋁的塑性比體心立方晶格的鐵、鎢的高，而密排（集）六方晶格的鎂、鈹?shù)乃苄詤s很差。同時(shí)，熱處理過程中的相變和原子擴(kuò)散也與晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。因此，了解鎂的晶體結(jié)構(gòu)，對(duì)于掌握其性能變化的實(shí)質(zhì)，對(duì)進(jìn)一步改善和發(fā)展鎂和鎂合金材料都有重要意義。
　　在已發(fā)現(xiàn)的106種元素中，金屬元素約占4/5，鎂是其中之一，而且它是常用金屬元素之一，它的電子軌道分布1S22S22P63S2，即其最外層電子軌道上有2個(gè)電子，它們和原子核的結(jié)合力較弱，很容易脫離原子核的束縛變成自由電子，因此鎂在化學(xué)反應(yīng)中易失去這2個(gè)電子，而變成正2價(jià)的離子。正是由于鎂原子結(jié)構(gòu)的這一特點(diǎn)，決定了鎂原子在化學(xué)反應(yīng)中的行為和原子間的結(jié)合方式。鎂有三種同位數(shù)：78.99%24Mg，10.00%25Mg，11.01%26Mg。
　　當(dāng)大量鎂原子聚合在一起構(gòu)成鎂晶體時(shí)，絕大部分鎂原子都失去其價(jià)電子而成為正離子，正離子按一定幾何形式有規(guī)律地排列起來，且分別以一定平衡位置為中心作三維高頻振動(dòng)，而脫離鎂原子核束縛的價(jià)電子，為整個(gè)鎂離子所共有，在各離子之間自由運(yùn)動(dòng)，形成所謂“電子氣”（“電子云”）。但大多數(shù)自由電子在其瞬間也可能如某些正離子結(jié)合成為中性原子。因此，在際的固態(tài)鎂中，不是所有的鎂原子都變成正離子，而是絕大多數(shù)處于正離子狀態(tài)。
　　鎂晶體就是依靠各正離子與“電子氣”間的相互引力牢固地結(jié)合起來，而離子與離子之間及電子與電子間的斥力與這種引力相平衡，使鎂處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。這種金屬原子依靠其正離子與電子氣之間的相互作用而結(jié)合的方式稱為金屬鍵。鎂的許多特性諸如良好的導(dǎo)電性及正的電阻溫度系數(shù)、相當(dāng)好的導(dǎo)熱性、較好的熱塑性、尚可的冷塑性等等，都可用金屬鍵理論得到圓滿的解釋。
　　密排六方晶格決定鎂的塑性較低
　　大家知道，自然界的固態(tài)物質(zhì)，雖然外形各異，種類繁多，但都是由粒子（原子、離子、分子、原子基因）堆積而成的。根據(jù)內(nèi)部粒子堆積情況可將固態(tài)物質(zhì)分為晶體和非晶體。晶體就是內(nèi)部粒子呈現(xiàn)則排列的物質(zhì)，非晶體中粒子排列不規(guī)則。除少數(shù)固態(tài)物質(zhì)如玻離、松香、硬橡膠等外，絕大多數(shù)固態(tài)無機(jī)物都是晶體。
　　由于晶體內(nèi)部粒子呈規(guī)則排列，所以晶體一般有規(guī)則的外形，若晶體形成條件不具備，其外形也可能變得不規(guī)則；晶體具有各向異性，即在晶體的不同方向上具有不同的物理和化學(xué)性能；晶體有固定的熔點(diǎn)，如鐵的熔點(diǎn)為1538℃，銅的熔點(diǎn)為1084.5℃，鋁的熔點(diǎn)為660.37℃，鎂的熔點(diǎn)為650℃。晶體與非晶體雖有這些根本區(qū)別，但在一定條件下是可以互相轉(zhuǎn)化的，例如液態(tài)鎂在極高的冷卻速度下凝固可以成為非晶態(tài)的，具有很高的強(qiáng)度性能與韌性。
　　為了研究晶體結(jié)構(gòu)，在結(jié)晶學(xué)上通常取晶胞角上某一結(jié)點(diǎn)作為原點(diǎn)，沿其三條棱邊作為三個(gè)坐標(biāo)軸X、Y、Z，稱為晶軸，而且規(guī)定在坐標(biāo)原點(diǎn)的前、右、上方為軸的正方向，反之為負(fù)方向，并常以晶胞的棱邊長(zhǎng)度a、b、c和棱邊夾角α、β、γ等6個(gè)參數(shù)表示晶胞的幾何形狀。a、b、c稱為晶格常數(shù)，單位為A°（1A°＝10－10m），而α、β、γ稱為晶軸夾間，單位為度。
　　金屬中常見的晶體結(jié)構(gòu)為體心立方、面心立方和密排六方。具有面心立方晶格的金屬有γ－Fe、Al、Cu、Ag、Au、Pb、Ni等，具有密排六方晶格的金屬有Mg、Zn、Cd、Be、α-Ti、α-Co等。大家知道，單晶體的塑性變形方面只有滑移和孿生，它們都是剪切應(yīng)變，即在剪應(yīng)力作用下晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿著特定的晶面和晶向發(fā)生平移。
　　面心立方晶格金屬有4個(gè)不同取向的原子密排面，每個(gè)面上有3個(gè)密排方向，因此有12個(gè)晶體學(xué)等價(jià)的滑移系統(tǒng)，塑性良好，工業(yè)純鋁及大多數(shù)變形鋁合金的道次冷加工率可高達(dá)50%以上?？墒擎V及鎂合金為密排六方晶格，在225℃以下，只有3個(gè)滑移系，故塑性差，冷軋總加工率只不過20%，熱軋時(shí)塑性可高得多，因?yàn)榛葡禃?huì)增加，這就是鎂及鎂合金為什么應(yīng)于在線加熱狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)可塑軋制。鎂的塑性低是“天生”的，決定于晶體結(jié)構(gòu)。