Естественным продолжением метода химико-термической обработки следует считать ее совмещение с химико-термической обработкой в единый процесс химико-термоциклической обработки (ХТЦО).
Для стали 30Х были построены математические модели, связывающие параметры двухкомпонентной ХТЦО (максимальная температура нагрева, время выдержки при этой температуре, минимальная температура нагрева, время выдержки при этой температуре) с толщиной и износостойкостью борохромированного слоя. Использовались методы математического планирования эксперимента с применением дробных факторных планов (типа 24-1 с определяющим контрастом 1=Х1Х2Х3). Дробные факторные планы применялись для экономии числа опытов. Сталь 30Х взята как типичный представитель низколегированных сталей, как наиболее перспективная для диффузионного упрочнения.
Параметрами оптимизации служили износостойкость и толщина слоя, причем относительная износостойкость - как основной параметр оптимизации, а толщина слоя рассматривалась как ограничивающий параметр оптимизации. В качестве факторов выбраны максимальная температура нагрева Т1 (Х1) °С, время выдержки при этой температуре 
(Х2) в часах, минимальная температура в цикле Т2 (Х3) °С и время выдержки при этой температуре 
(Х4) в часах соответственно. В качестве эталона износостойкости была выбрана закаленная и низкоотпущеная углеродистая сталь У8 с твердостью 51-52 HRCэ.
Выбрано минимальное число параллельных опытов - два. Для исключения влияния систематических ошибок, вызванных внешними условиями, проведена рандомизация опытов, заключающаяся в выборе случайной последовательности при постановке опытов.
Готовая математическая модель:
Y=0,0238+0,10875Х1-0,6575Х2-0,2875Х3-0,20375Х4+0,785Х1Х2+0,76375Х1Х3+15,7875Х1Х4
Из полученного уравнения регрессии видно, что увеличение максимальной температуры в цикле влияет на износостойкость диффузионных слоев в гораздо меньшей степени, чем при изотермической обработке. Наибольшее влияние оказывают в порядке убывания: время выдержки при максимальной температуре, минимальная температура в цикле и время выдержки при минимальной температуре цикла. Знак «-», стоящий перед коэффициентами этих факторов говорит о том, степень этого влияния обратно пропорциональна получаемому результату. То есть при увеличении любого из вышеперечисленных факторов, износостойкость диффузионных слоев снижается. Максимальную износостойкость будут иметь слои, полученные при следующих условиях: максимальная температура в цикле стремится к критической (для данного процесса насыщения - 1050°С), время выдержки при максимальной температуре цикла, минимальная температура цикла и время выдержки при минимальной температуре стремятся к нулю. Таким образом, при ХТЦО решающее значение на износостойкость диффузионных покрытий оказывает количество термоциклов. Однако такие параметры режима как максимальная и минимальная температуры циклов, а также время выдержки при этих температурах в значительной мере влияют на структуру и физико-механические свойства основного металла.