一般来说，毛坯上的脱碳层是通过机械加工切割的，最终检测到的脱碳层其实就是淬火加热时的脱碳层。低碳合金工具钢淬火脱碳层具有共同的组织特征。
当模具钢表面脱碳至碳的质量分数为0.6%~0.8%时，脱碳组织中仍可见残留的碳化物，但数量少于中心正常组织。脱碳至含碳量0.4%~0.6%时，淬火后的黑白带组织变为交叉分布的针状马氏体组织，冲蚀后呈灰白色，比中心正常的淬火黑白带组织浅得多。马氏体针一般较长，500倍可以清晰看到；低温回火后，虽然脱碳区颜色普遍较深，但该区颜色仍比中心正常区浅。对于正常样品，由于抛光时对表面的倒角或不当侵蚀，有时表层也会出现较浅的颜色，这与表面脱碳无关。因此，在鉴别表面是否有脱碳现象时，需要表现出表面的针状结构特征，不能仅凭颜色变化而导致误判。
如果钢的表面进一步脱碳，当表面碳的质量分数低于0.4%时，表面的脱碳组织中会出现低碳马氏体，长板条成排分布，侵蚀后颜色比中心深。回火后，其颜色仍比正常中心组织暗。此时要注意消除因储存在样品与嵌体材料间隙中的腐蚀剂回流到样品表面而产生的二次腐蚀现象。冲蚀后必须以成排分布的板条马氏体为准，脱碳层的深度不能只通过颜色的深浅来判断。
如果碳严重脱碳，表面低碳马氏体淬火组织中会出现网状铁素体，甚至是连续分布的纯脱碳层铁素体。此时，试样必须被侵蚀直至出现铁素体晶界，仅当试样表层为白色时，不能判定为纯脱碳层。当脱碳严重到出现纯脱碳层时，总脱碳深度可能大于精磨余量，工件可能报废。