弹性薄层因具有优异的性能(如耐磨性、抗腐蚀性和抗氧化性等)在微电子、汽车和航天工业等领域得到广泛的应用。弹性模量不仅是薄层元件设计的必要参量,而且也是诸如屈服强度、断裂韧性和残余应力等力学性能测量与评定的基础。因此,对弹性薄层弹性模量的研究引起了越来越多的关注。由于超声检测技术在表征块状固体介质力学性能方面的成功应用,使得人们对薄层材料弹性模量的超声表征充满信心。为了克服超声体积波只适用于测试厚度大于声波波长的弹性层的缺点,提出了基于声压透射系数谱的薄层弹性模量超声表征方法。在推导弹性薄层声压透射系数的基础上,基于最小二乘误差原理反演弹性薄层的杨氏模量和泊松比,并将不同频率下的反演值与理论值进行比较;进一步分析了影响反演准确性的各种因素,讨论了声压透射系数对弹性模量的灵敏度函数在误差传递中的作用。实验结果表明:在2.5MHz标称频率下,与理论值相比较,利用反演法得到的铝片杨氏模量和泊松比相对误差分别是2.9%、2.9%,钢片对应参数的相对误差分别是6.25%、8.2%;改变测试频率,对应参数的相对误差发生不同程度的提高,这表明应用超声声压透射系数谱能够有效地表征薄层材料的杨氏模量和泊松比,此方法可作为薄层材料弹性模量检测方法的一种补充;误差分析进一步说明反演的准确性主要由声压透射系数对杨氏模量和泊松比的灵敏度函数和测量误差共同决定。20钢因具备优良的综合力学性能在锅炉钢、汽轮机及管道等方面得到广泛的应用。但该钢种在高温、应力及其它因素的作用下,易发生珠光体球化、石墨化等组织演变,使其韧性和强度下降,增加了设备失效的危险性。对高温运行中耐热部件的现场监测、寿命评价,以确保设备的超期安全运行,具有十分重要的意义。鉴于超声回波信号中含有大量与材料组织状态相关的信息,组织的改变必将带来信号中与组织相关的信息参量发生变化。基于上述思想,本研究采用了超声波声速法评价20钢组织球化转变。选用超声脉冲回波法测定不同球化级别20钢试样的纵波和横波声速,基于Christoffel方程计算其弹性性能指标,并结合金相图片分析组织形态演变过程,利用损伤变量定征了试样的损伤程度,最终实现材料组织状态超声无损表征与评价。实验结果表明:20钢的杨氏模量、剪切模量和体积模量随时效时间的增加而降低,泊松比变化很小,对应的相对变化量分别是6.3%、5.98%、7.56%和1.5%;当时效时间超过2300h,弹性模量损伤达到0.07以上:分析认为:20钢时效过程中弹性模量的降低与渗碳体形态转变以及分布位置变化相关。