Выполнено исследование, связанное с применением метода математического планирования эксперимента с целью изыскания оптимального режима ионного азотирования конструкционной стали 38Х2Н2МА. Особенность выполнения данного исследования обосновывалась требованием сохранения строгого ограничения функциональных показателей результатов диффузионного насыщения: твердость в диапазоне 450-650 HV при сохранении глубины слоя в пределах 0,15-0,40 мм. Реализация факторного планирования и регрессионная обработка полученных данных позволили построить для изученных параметров оптимизации (микротвердости и глубины слоя) аналитическое выражение в виде линейной функции. Это дало возможность оценить степень и направление влияния изучаемых факторов на исследуемые параметры оптимизации.