提到「鈦(Titanium)」,一般人多半會想到高性能排氣管所使用的代表性材質。除了極度輕量,鈦金屬獨特的材質感與漂亮燒色也很有魅力,但其實它也被運用在重要的引擎零件上。
極度輕量,但價格也相當昂貴……
「鈦(Titan)」是原子序22號的元素,據說名稱源自希臘神話中的Titan(泰坦)。Titan代表巨人,因此光看名稱可能會讓人聯想到巨大而沉重,但金屬鈦(鈦合金)其實是非常輕又強韌的材料,非常適合用於賽車與機車,而最具代表性的應用當然就是排氣管(排氣系統)。
依排氣量與汽缸數不同而有所差異,但大型四汽缸機車若搭載鐵製或不鏽鋼原廠集合式排氣管,多半重量超過10kg;若換成鈦合金全段排氣管,大約只有一半、約5~6kg左右(以道路用市售機車為例,賽車專用品還能更輕)。
更換排氣管會影響動力與引擎特性,而鈦排氣管所帶來的輕量化,不僅會大幅影響操控性,也能在把車從側柱立起來、或牽車推行時明顯感受到差異。

鈦排氣管雖然優點很多,但「價格昂貴」或許就是它少數的缺點之一。
資源其實很豐富,但是……
鈦元素早在1791年就被發現,而它在地殼礦物中的含量其實相當豐富,因此並不屬於一般所稱的稀土元素。
然而,要從開採出的礦物中精煉鈦,並製造成金屬鈦相當困難。直到發現100多年後的1910年,才成功分離出高純度鈦。
到了1940年代,又進一步成功取得更高純度的鈦,1950年代則開始被美國與蘇聯的軍用噴射機採用。
此外,金屬鈦的強度非常高、導熱率又低,因此切削加工也很困難。而鈦合金(如Ti-6Al-4V,俗稱64鈦)的強度比純鈦更高,加工難度也更高。
也因此,即使鈦的歷史很早、礦物資源也豐富,但精煉與加工的高難度推升了成本,使它至今仍是高級材料,尚未成為像其他金屬一樣普及的主流材質。
其實比鋁還重!?
被視為超輕量材質的鈦,比重約為4.51;鐵的比重大約為7.8~7.9,因此相同零件若改用鈦製作,重量大致可控制在鐵製零件的六成左右。
但鋁的比重約為2.7,所以令人意外的是,鈦其實比鋁還重。
不過,若以相同重量比較,鈦的強度約為鋁的3倍、鐵的2倍。也就是說,要達到與鋁相同的強度,只需使用約三分之一重量的材料;若以與鐵相同尺寸製作零件,則能得到遠高於鐵的強度。
因此,機車賽事用鈦合金排氣管約從1970年代後半開始出現,市售機車用改裝零件則從1990年代左右逐漸上市。
鈦合金也開始被運用在引擎零件,其中最知名的例子之一,就是Honda「RC30」也就是「VFR750R」(1987年)的鈦合金連桿。
承受燃燒室爆炸力量、支撐活塞的連桿,理所當然需要極高強度。若使用鈦合金製作,就能在控制重量的同時提高強度。

此外,超級運動車也有愈來愈多車款將引擎的進氣汽門與排氣汽門改為鈦合金材質(也有只將尺寸較大的進氣汽門改用鈦合金的情況)。
為了提升動力,讓引擎高轉化是常見手法,但轉速不斷提高後,進排氣汽門開閉速度也會變快,可能發生Valve Surging或Valve Jump,也就是汽門開閉跟不上轉速的問題,甚至造成引擎損壞。
若將汽門改用鈦合金製作並降低重量,汽門的慣性重量便會下降,也就更不容易發生Valve Jump,因此能朝更高轉速,也就是更高輸出的方向發展。

進入2000年代後,1000cc級超級運動車也開始在原廠狀態下配置鈦合金排氣管(排氣頭段)。
除此之外,近年Honda也在「CBR1000RR SP」(2017年)上,首度於全球道路用量產車採用鈦合金油箱。與同形狀鋼板製油箱相比,重量減少1.3kg。
想改裝的話,「鈦螺絲」也是選項
隨著切削、焊接、沖壓成型等加工技術進步,與過去相比,鈦合金零件已大幅增加。不過,要把連桿或進排氣汽門改成鈦製並不容易,鈦合金油箱也不是一般市面上常見商品。
因此,一般騎士最容易買到的鈦合金改裝零件,或許還是排氣管。……不過其實還有其他選擇,那就是「鈦螺絲」。

近年國內外品牌都推出鈦螺絲產品。從固定引擎外蓋、外裝零件的螺絲,到固定煞車碟盤與卡鉗的特殊形狀螺絲,各式鈦螺絲與鈦螺帽都能找到。
價格方面自然比一般鐵製或不鏽鋼螺絲昂貴不少,但依品牌不同,也有豐富的顏色選擇,在改裝視覺效果上同樣相當突出。
當然,如果把煞車相關等簧下部位的螺絲換成輕量鈦製品,也能降低陀螺效應並提升輪胎貼地循跡性。……不過一般騎士在道路騎乘時能否實際感受到差異,可能很微妙,但對MotoGP、SBK等頂級賽事來說,卻是重要要素。
雖然不像排氣管那樣屬於「大型零件」,但若是想享受鈦金屬本身魅力的進階改裝,換上鈦螺絲也不失為一種選擇。
原文出處:“軽さは正義!?” いまだ高額な「チタン」部品 使われているのはマフラーだけじゃない?
原文記者:伊藤康司
原文圖庫:https://bike-news.jp/photo/472629
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