渗碳层中可能出现网状或大块花碳化物，这是由于渗碳碳势过高或渗碳后冷却速度过慢导致。这种结构会增加表面脆性，导致渗层容易剥落，降低使用寿命，甚至在淬火或磨削加工中产生裂纹。为消除此问题，可进行Acm以上的高温淬火或正火。预防措施包括降低炉内碳势和延长扩散时间。
渗碳层中大量残余奥氏体的形成原因包括渗碳剂浓度过高、淬火温度过高。消除此问题的方法是进行高温回火后重新加热淬火+回火或冷处理+回火。预防措施包括降低炉内碳势和选择较低的淬火温度。淬火剂温度偏高也会导致残余奥氏体的产生。
反常组织通常出现在含氧量较高的钢中，其特征是网状碳化物和珠光体之间被一层铁素体所分离。消除此问题的方法是适当提高淬火温度或延长淬火加热的保温时间，以便使组织均匀化，并选用更为剧烈的冷却剂淬火。
渗碳零件中形成魏氏组织的原因包括长时间过热渗碳和渗碳后冷却太缓慢。这种组织可通过渗碳后的两次淬火予以改善或完全消除。渗碳件心部出现魏氏组织的原因包括原材料为本质粗晶粒钢或原始组织中已有魏氏体组织，或渗碳工艺不当。
黑色组织的出现与渗碳介质中的氧向钢内扩散有关，会在晶界上形成铬、锰、钛、硅等元素的氧化物，导致晶界处合金元素贫化，造成局部淬透性下降。消除此问题的方法包括磨削掉有黑色组织的表层，采用高冷却能力的淬火介质或进行喷丸处理。
过渡区中出现白色马氏体带的原因是表面层含碳量较高，但大部分形成碳化物，降低了基体中的含碳量和合金元素浓度，导致奥氏体不稳定。这种组织在渗碳后的热处理中可以消除，但有时会导致内部裂纹和渗层剥落。
过热导致晶粒过分长大增加脆性，渗碳时过热还可能使表层含碳量增加，导致碳化物数量增加。消除过热组织的方法是进行正火，使晶粒细化。
表面脱碳的产生原因是渗碳后期炉内碳势过低或渗碳后冷却及淬火加热保护不良。消除方法包括补渗、磨削掉脱碳层或进行喷丸处理。
表层含碳量过低的原因包括渗碳气氛浓度过低、渗碳温度低、渗碳时间短、渗碳炉漏气、零件表面沉积炭黑、装炉量过多。消除方法是补渗。
渗碳层深度不足的原因包括渗碳温度偏低、渗碳时间过短、渗碳剂浓度不足、渗碳炉漏气、装炉量过多、零件表面积炭或氧化。消除方法是补渗，补渗速度按正常渗碳速度的一半计算。
渗碳层过深的原因包括渗碳温度偏高、试样检验不准。严格要求渗层的产品只得报废。
渗碳层不均匀的原因包括零件表面不清洁或积炭、炉温不均匀、固体渗碳箱过大或箱中渗碳剂混合不均匀、气体渗碳炉内气氛循环不良或漏气、原材料带状组织严重。消除方法是补渗，渗碳温度适当取低些，以避免层深增加太多。
表面腐蚀及氧化的原因包括渗碳剂中含有硫和硫酸盐、零件表面不清洁、气体渗碳炉漏气、零件高温出炉、淬火盐浴脱氧不良。预防措施包括选择合适的渗碳剂和保持炉内清洁。
心部硬度不足的原因包括淬火加热温度偏低或保温时间不够、心部有未溶解的碳化物。消除方法是适当提高淬火温度或延长保温时间。
