零件经过不当渗碳热处理后，表层将会出现各种组织缺陷，降低零件的机械性能。渗碳热处理后常见的组织缺陷有：表层碳化物过多、残余奥氏体过多、马氏体粗大、内氧化、黑色组织等。

1）表层碳化物过多、呈大块状或网状分布

渗碳热处理后零件出现大块状和粗大网状碳化物，主要是由于表层碳含量过高引起的。采用滴注法渗碳时，滴量过大，可控气氛渗碳时富化剂的量过多，或者碳势控制系统。此外，渗碳后冷却太慢也会形成网状碳化物。

2）残余奥氏体量过多

适量的残余奥氏体能提高渗层的韧性、接触疲劳强度等，但残余奥氏体过量，常会伴随着马氏体针状组织粗大，导致表层硬度下降，降低耐磨性。

3）马氏体粗大

在正常情况下，渗碳层应为回火马氏体、均匀分布的颗粒状碳化物和少量的残余奥氏体。马氏体的主要作用是提高表面硬度和强度，它的针状组织粗细和均匀度对使用性能影响很大。马氏体针状组织越小，力学性能特别是韧性越好。

4）内氧化

在渗碳气氛中，总是含有一定量的氧气、水、二氧化碳气体。当炉子气氛中上述组分含量较高，或炉子密封不好，有空气侵入，或者零件表面有严重的氧化皮时，在渗碳热处理过程中将发生内氧化。