Процесс высокотемпературного азотирования (Т = 950°C) исследован аналитически и экспериментально. Отображена роль азота как $\alpha$-стабилизатора в формировании нитридного слоя и трёхслойной диффузионной зоны (слой $\alpha$-фазы, слой $\alpha + \beta$-фазы и слой $\beta$-фазы). Получено приближенное решение сформулированной задачи относительно диффузии азота в такой неоднородной среде с учётом перемещения межфазных границ. Рассчитаны константы параболического роста слоёв, что дало возможность предвидеть кинетику их роста и распределение азота в диффузионной зоне. Экспериментально обнаружена микроструктурная эволюция диффузионной зоны (после времени обработки 1 и 5 часов), которая обусловлена фазово-структурными превращениями во время диффузии азота.