輕金屬於機車的應用動向：材料世界網

日本在機車輕量化之技術領先全球，其重型機車鋁材的使用比例已達36%。機車除了車體外殼採用塑膠材料以外，主要結構為引擎、傳動及車架三個次系統。同汽車一樣，早期機車各次系統全為鋼鐵結構，近15年來其零組件材料正逐漸鋁合金化，機車鋁合金車架則由空間衍架式車體朝向一體成形車架的方向演變。機車輕量化的途徑除了採用鋁合金之外，其餘鎂、鈦等輕金屬亦已經應用於車架、引擎、排氣管及懸吊零組件等。

輕金屬的使用比例
重型摩托車和速克達機車(Scooter)的輕金屬使用比例稍有不同，圖一是YAMAHAYZF-R1（2004 年款式）的構成材料中，主要的輕金屬重量比例及其製造法，包含了少量鎂和鈦製零組件，其中鋁材大約佔了36% 。重型摩托車對鋁材的使用比例相當高，甚至也使用了鎂壓鑄品及鈦的精密鑄造品，而YZF-R1 為了提升其運動性能而大量採取輕量化設計，並不惜成本地使用輕量素材。因此就重型摩托車整體而言，跟過去的款式比起來，對鋁材的使用在比例上並沒有變化甚至是稍稍下降，但其中鑄造品的使用比例則是提高許多。至於小型的速克達機車，鋁材的使用比例大約是25% ，相對於重型摩托車是偏低的，而且幾乎都是鑄造品。

圖一、YAMAHA YZF-R1 之材料使用比例

輕金屬於車架之應用
為便於製作車架，過去都是使用鋼管及鋼板，但隨著輕量化的要求因而改用擠型、板材沖壓、鍛件等塑性加工鋁材，最近則有大量使用大型鑄造品來取代塑性加工鋁材的傾向，尤其是被視為前瞻性試驗的重型摩托車，其車架結構的發展歷程如下：1.管與鋼板片構造的車架；2.由鋁合金擠型材、板材、小型的鋁合金鑄件與鍛件組合而成的構造；3.使用大型鋁鑄件的構造。其中第2種構造一開始是使用在世界GP 大賽等的競賽車上，自此之後，儘管會造成成本的提高，但在輕量化效果顯著的支持之下，終於在1980 年代應用於市售車上。最早搭載這種車體的市售車是鈴木公司的1983 年款RGF250 ，以整體實施光輝鋁陽極氧化處理而成功地塑造出光鮮的外表，之後各車廠也就開始發售鋁合金車架的機車了。當然，目前並非全都是採用第3種的構造，第1和第2種的構造也大量存在於市場上。表一是鋁合金零組件使用於機車車架的各種工法比較，以下將就其代表性製品加以介紹。
1.金屬模與砂模鑄造
2.壓鑄
3.塑性加工材
（詳文請連結至本文）

表一、鋁合金車架的工法比較

■本表為部分節錄資料，詳細表格內容請參見原文。

輕金屬於引擎的應用
基於引擎的輕量化與冷卻性能提升的觀點，摩托車的汽缸頭與汽缸體、活塞與曲軸箱，自早以來就已經鋁化了。
1. 汽缸頭
摩托車為了獲得高轉數因而大多採用多汽門引擎，而保持汽門的汽缸頭則由於有潤滑油、冷卻液以及吸排氣體的通路複雜地深入其中，加上溫度又高，因此大多採取使用複雜砂心的金屬模鑄造法或是殼模鑄造法，材質以AC4B 為多，部份並採用T7 熱處理。
2. 汽缸體
鑄鐵製汽缸體由於便宜而且可靠度也高，因此長久以來使用於小型的二衝程引擎上。不過最近在四衝程化的趨勢之下，針對輕量化及冷卻性能的提升，鋁合金汽缸體在小型車上的應用也已經有實質的增加。與鑄鐵製汽缸體不同的是，軟質的鋁製汽缸體（大多是AC4B 或ADC12 的同級品），無法直接承受活塞環的滑動磨損，因此一般的製程是利用鑄包或是壓入的方式插入鑄鐵製的汽缸襯套，大多用在中小型車上。另外，由於鑄鐵襯套的熱傳導性差，因此也有人將鋁粉末冶金製的襯套利用鑄包嵌入汽缸體。
3. 活塞
摩托車搭載的是以高轉數產出高輸出的引擎，因此為了得到高轉數，活塞等運動零件特別要求輕量而且高強度。雖然大多是使用重力鑄造的活塞，不過對高強度且可靠度高的鍛造活塞的採用正增加中。此係使用由傳統鑄造法所生產的共晶Si 系AC8A 等合金加以改良而成的合金，先以擠壓或連續鑄造等方法做成圓棒，然後再利用熱鍛做成活塞的方法，對於材質的要求是具有250°C 附近的高疲勞強度。
6. 引擎汽門
引擎閥門過去都是以耐熱鋼製汽門為主流，不過最近已有部份的越野車與重型車車款採用鈦合金。和活塞同樣地，汽門的輕量化有降低慣性重量而獲得高轉數的效果，因此排氣閥採用鈦基複合材料（如Ti-6Al-4Sn-4Zr-1Nb-1Mo-0.2S-0.3O ，含5%體積百分比TiB 顆粒），進氣閥使用Ti-6Al-4V 合金（圖十二）。

圖十二、機車之鈦合金進氣閥