（1）组织
碳氮共渗过程中，共渗层的最外层往往形成碳氮化物，在化合物里面为含碳氮的奥氏体。在化合物中碳氮含量最高，并向心部逐渐降低。因此淬火后共渗层的组织大体上分为碳氮化合物层和扩散层。
碳氮化合物层是由氮渗碳体[Fe3(C,N)]和含碳的ε相[Fe2～3 (N,C)]或合金元素与碳、氮形成的化合物组成的，其基体为隐晶马氏体及残余奥氏体。扩散层紧挨着碳氮化合物层，它是由碳氮奥氏体的转变产物组成的，其组织主要是含碳、氮的马氏体及残余奥氏体。由于碳氮共渗温度比渗碳低，奥氏体晶粒细小，所以淬火后所得到的马氏体针也细，残余奥氏体块也很小。残余奥氏体由表及里依次迅速增多，至一定深度（18CrMnNiMoA钢为距表面0.03mm处）后又依次减少，并过渡到全部为马氏体组织。再往里，则是屈氏体+马氏体区或根据钢的淬透性不同而得到不同的组织。
共渗温度对碳氮化合物形态有很大影响。温度低时，奥氏体对碳氮的溶解度降低，碳氮扩散速度缓慢，易于在表层集聚形成大量的碳氮化合物，出现明显的化合物层。温度越低，则化合物层越厚。随着共渗温度的提高，表层含氮量降低，碳含量过了峰值后也降低，此时碳氮化合物变得稀疏；当温度高于750~800℃时，就难以看到连续的化合物层，一般只能看到表层分布着粒状的碳氮化合物。
碳氮化合物的形态除了与温度有关外，还与共渗气氛有关。如炉气的碳氮势过高，则倾向于生成密集成带或网状的化合物层。
碳氮共渗层中化合物的相结构与共渗温度有关，800℃以上，基本上是含氮的渗碳体Fe3（C,N）；800℃以下由含氮渗碳体Fe3（C,N）和含碳ε相Fe2～3（N,C）组成。
由上分析可知，钢在800℃以上进行碳氮共渗时，是以渗碳为主，其渗层组织接近于渗碳层的组织，即表层是粒状碳氮化合物+马氏体+残余奥氏体；扩散层为马氏体+残余奥氏体。
（2）性能特点
碳氮化合物的形态对力学性能有很大的影响，例如20Cr2Ni4A钢试样进行各种不同规范的碳氮共渗后，得到不同形态的化合物层，它们的抗弯性能如表示 所示。
由表 看出，具有分散小颗粒碳氮化合物试样的性能最好，化合物堆集成带或成粗网状分布性能最差，在受到冲击负荷时容易碎裂。因此，应避免出现这类形态的碳氮化合物。由于小颗粒状的化合物分布在有许多残余奥氏体的基体上，没有割裂基体的连续性，因此，不侍损害基体的韧性，即使出现裂纹，也会由于韧性的残余奥氏体发生塑性变形而使应力松驰，抑制裂纹的扩展。
大量弥散细小的碳氮化物对渗层起弥散强化与晶界强化作用，基体中固溶的C、N及其它合金元素也有固溶强化作用，同时共渗后表面存在着残余压应力及适量的残余奥氏体，使共渗后的渗层与渗碳后的渗层相比，耐磨性、抗弯曲疲劳性能和接触疲劳强度大大提高。
