零件經過不當滲碳熱處理后，表層將會出現各種組織缺陷，降低零件的機械性能。滲碳熱處理后常見的組織缺陷有：表層碳化物過多、殘余奧氏體過多、馬氏體粗大、內氧化、黑色組織等。

1）表層碳化物過多、呈大塊狀或網狀分布

滲碳熱處理后零件出現大塊狀和粗大網狀碳化物，主要是由于表層碳含量過高引起的。采用滴注法滲碳時，滴量過大，可控氣氛滲碳時富化劑的量過多，或者碳勢控制系統。此外，滲碳后冷卻太慢也會形成網狀碳化物。

2）殘余奧氏體量過多

適量的殘余奧氏體能提高滲層的韌性、接觸疲勞強度等，但殘余奧氏體過量，常會伴隨著馬氏體針狀組織粗大，導致表層硬度下降，降低耐磨性。

3）馬氏體粗大

在正常情況下，滲碳層應為回火馬氏體、均勻分布的顆粒狀碳化物和少量的殘余奧氏體。馬氏體的主要作用是提高表面硬度和強度，它的針狀組織粗細和均勻度對使用性能影響很大。馬氏體針狀組織越小，力學性能特別是韌性越好。

4）內氧化

在滲碳氣氛中，總是含有一定量的氧氣、水、二氧化碳氣體。當爐子氣氛中上述組分含量較高，或爐子密封不好，有空氣侵入，或者零件表面有嚴重的氧化皮時，在滲碳熱處理過程中將發生內氧化。