Диффузионные процессы играют ключевую роль в формировании структур новых материалов и технологических процессов упрочняющих термических обработок, так как именно благодаря диффузии происходит перераспределение вещества в твердых телах. Актуальной задачей является разработка технологичных и эффективных методов упрочнения материалов в целях повышения их эксплуатационных свойств. Возрастает потребность в усовершенствовании методов химико-термической обработки, что напрямую влияет на износостойкость рабочих поверхностей, а, следовательно, и на ресурс изделия. Приповерхностные объемы испытывают повышенные нагрузки, поэтому важной задачей является формирование высокопрочных слоев. Известно достаточно много методов поверхностного упрочнения, среди которых широкое применение получили цементация, азотирование, нитроцементация и др. Наиболее перспективным является азотирование, поскольку при этом происходит повышение твердости, прочности, предела усталости, жаростойкости. Однако при должных достоинствах азотирование имеет ряд недостатков, среди которых длительность выдержки и малая толщина диффузионных слоев. Поэтому разработка методик, позволяющих интенсифицировать рассматриваемый процесс, также является актуальной задачей. Традиционно, решение связано с интенсификацией технологического процесса путем повышения температуры азотирования, активации сред азотирования или непосредственно поверхности деталей. Все эти решения направлены на ускорение процессов диффузии как по объему зерна, так и по межзеренным границам, скорость по которым многократно превосходит скорость объемной диффузии. Учитывая это, эффективным может оказаться использование нового типа конструкционных металлических материалов с многослойным строением из сотен слоев с толщинами микронного и субмикронного диапазона, разделенными между собой большими угловыми границами. В работе приведены результаты металлографического исследования, показывающие влияние чередования слоев сталей в многослойных металлических материалах на глубину диффузии при проведении химико-термической обработки азотированием. Предложена модель ускоренного проникновения диффундирующего элемента по границам слоев.