氮渗入碳钢中对硬度提高不明显，尤其是对扩散层硬度提高极为有限。仅在表面形成的化合物层有一定硬化及耐磨作用。图1为45钢离子渗氮后的硬度梯度曲线。故为增加化合物层厚度，对碳钢一般均采用氮碳共渗处理而不宜采用单纯的渗氮处理。
        提高碳钢渗氮层硬度的另一途径是采取在高于共析温度以上渗氮，然后快速冷却以得到氮马氏体组织的方法。马氏体的硬度随含氮量不同、冷却速度不同在Hm400-1000之间变动，如图2所示。但此方法操作上比较困难，且渗氮温度高，零件变形大，一般很少采用。