黑色組織是指鋼件在碳氮共滲后，在金相檢測中發現滲層中出現的黑色斑點、黑色帶及黑色網組織，這些統稱黑色組織，又叫內氧化。

黑色組織出現在合金鋼的共滲層中，高溫下爐氣中的水汽、氧氣、二氧化碳與鋼中的合金元素相互作用而被氧化，使表層、次表層的合金元素“貧化”。降低了奧氏體的穩定性，使等溫轉變圖左移，共滲后經淬火通過托氏體、貝氏體轉變區而最終形成了氧化物、托氏體和貝氏體的混合組織。由于托氏體、貝氏體易腐蝕，在光鏡下呈現黑色。黑網、黑帶在拋光時不腐蝕，有時也能看到，但腐蝕后更清楚。

高氧勢氣氛中的氧原子，會沿著奧氏體晶界向內擴散。由于晶界能量較高，合金元素會從晶內向晶界移動，并迅速與晶界上活潑的氧原子起化學作用，生成氧化物。在晶界上的合金元素也會沿晶界向外擴散，迎接向內擴散的氧原子生成氧化物。所以晶界和表層氧化物多。在高溫下( 860℃)合金元素同氧的結合力相比，排在Fe元素前面的是Al、Ti、Si、V、Mn、Cr，它們優先同氧結合，產生內氧化。

黑點多發生在離表層40μm處的孔洞。主要是共滲初期爐氣氮勢過高，使滲層中氮含量高，故應控制氨氣流量和氨分解率。另外共滲時間太長，碳濃度會增加，促使氮化物分解，出現脫氮過程，使原子氮變成分子氮而形成孔洞。

黑帶多在0~ 30μm表層范圍內。形成的合金元素的氧化物、氮化物和碳化物小顆粒使奧氏體中的合金元素“貧化”，淬透性降低，形成非馬氏體組織。

黑網一般在黑帶內側形成，碳氮沿奧氏體晶界擴散，在晶界形成Mn、Ti等元素的碳氮化合物，使晶界附近中的合金元素降低，淬火時易形成托氏體。同理，在共滲層過渡處同樣會形成黑網。

黑色組織使零件表面硬度降低，耐磨性降低，使彎曲疲勞強度下降1/2，接觸疲勞強度下降到原來的5/6。

防止黑色組織產生的措施是：爐體密封，防止漏氣，防止空氣中的氧進入而促進黑色組織形成。氨氣要干燥脫水，最少經過兩道脫水，干燥劑分子篩和硅膠也要定期烘燒除水。應加速排氣，排氣過慢氨氣會同CO、CO2、O2反應生成水蒸氣。共滲后盡量不空冷，防止脫碳、脫氮。吸熱式氣氛中由于有較多的CO和少量水分，使Cr、Mn、Ti鋼共滲時出現內氧化，因為CO與氧的親和力強。

工件出現黑色組織后，可以放入保護氣氛中重新加熱到840~860℃，保溫后快速淬火、回火即可消除。