Лаборатория физического металловедения ИФМ УрО РАН ведет свое начало от лаборатории металловедения УФАН СССР, организованной в июне 1932 г., во исполнение решения Правительства СССР о создании базы академической науки на Урале. Ее создателем и руководителем был Сергей Самойлович Штейнберг (1872-1940), избранный в 1939 г. членом-корреспондентом АН СССР – первым членом Академии наук СССР на Урале. В течение нескольких лет она была одной из двух реально работающих академических лабораторий на Урале. Второй была лаборатория органической химии, возглавляемая Исааком Яковлевичем Постовским (1898-1980), избранным в 1970 г. академиком АН СССР. Сотрудники лаборатории металловедения, в основном, пополнялись выпускниками кафедры металловедения Уральского индустриального института (теперь УГТУ-УПИ), которой также руководил профессор С.С. Штейнберг. Многие из них, например К.А. Малышев и Н.П. Чупракова, еще до окончания института несколько лет работали на заводе (г. Златоуст). В этот период в лаборатории разрабатывалась одна из самых актуальных тем в металловедении, связанная с изучением структурных и фазовых превращений аустенита (высокотемпературной фазы большинства сталей) при охлаждении. В лаборатории выполнялись работы мирового уровня. Успехи были впечатляющие. Уже в 1937 г., не считая статей в периодической печати, вышел сборник «Исследования по проблеме «Аустенит и его превращения» (Труды УФАН, 1937, вып. 9, 227 с.). По существу, это была коллективная монография девяти (!) научных сотрудников лаборатории. Через четыре года вышел десятый выпуск «Трудов УФАНа» под тем же названием, в котором было опубликовано 16 статей двенадцати научных сотрудников лаборатории. Многие результаты этих исследований вошли в учебники по металловедению и сохранили свою актуальность до настоящего времени.

Созданный в том же 1932 г. на базе Ленинградского физико-технического института Уральский физико-технический институт до 1939 г. находился в ведении Наркомтяжпрома СССР. Лишь в 1939 г. после ряда переподчинений он вошел в состав Академии наук СССР как Физико-технический институт УФАН (с 5 мая 1939 г.), а после объединения с лабораторией металловедения и еще несколькими лабораториями УФАН с 15 сентября 1939 г. стал называться: Институт металловедения, металлофизики и металлургии УФАН СССР. Его директором был назначен член-корреспондент АН СССР С.С. Штейнберг. Институт еще несколько раз менял свое название. Это было связано с изменением состава лабораторий, входящих в него. В июле 1945 г. он получил свое современное название – Институт физики металлов, а вскоре и наша лаборатория, сохранившаяся в его составе, стала называться лабораторией физического металловедения (1950 г.). После смерти С.С. Штейнберга в 1940 г. ее заведующим стал кандидат химических наук Виссарион Дмитриевич Садовский, который с небольшими перерывами, связанными с политическими неурядицами 1950-1953 гг., заведовал лабораторией в 1940-1950 и 1954-1982 гг.

Во время Отечественной войны 1941-1945 гг. В.Д. Садовский и возглавляемый им коллектив работал по налаживанию и совершенствованию термической обработки снарядов, главным образом, бронебойных, на заводах Урала. Эта работа требовала дальнейшего изучения закономерностей фазовых превращений в сталях при охлаждении. Результаты этих работ были обобщены в докторской диссертации В.Д. Садовского «Превращения аустенита и термическая обработка легированных конструкционных сталей». Эта диссертация была успешно защищена 27 апреля 1945 г., за полторы недели до Победы (!) в Москве в Институте металлургии АН СССР. Вскоре В.Д. Садовский стал профессором по специальности «Металловедение» (28 сентября 1946 г.). Результаты этой деятельности были также опубликованы в двух монографиях, вышедших как Труды ИММ УФАН СССР: Садовский В.Д. Структурные превращения при закалке и отпуске конструкционных сталей // Труды ИММ УФАН СССР, 1945, 72 с. (подписана в печать 30.01.1945!) и Садовский В.Д., Чупракова Н.П. Влияние легирующих элементов на ударную вязкость конструкционных сталей и явления хрупкости при отпуске // Труды ИММ УФАН СССР, 1945, 56 с. (подписана в печать 29.10.1945). Эти его работы по изучению мартенситного и бейнитного превращений в сталях, выполненные в 30-40-е гг., до сих пор остаются классическими и непревзойденными по глубине понимания физической природы явлений.

В.Д. Садовский был одним из первых исследователей, который построил диаграммы превращений переохлажденного аустенита для легированных сталей и обобщил эти данные в первом советском и одном из первых в мире «Атласе диаграмм» (1947 г.). Расширенный материал по диаграммам превращения аустенита вошел в справочник «Металловедение и термическая обработка» за 1956 и 1961 гг. Вместе со своими учениками Л. В. Смирновым и Е. Н. Соколковым В.Д. Садовский предложил и обосновал метод высокотемпературной термомеханической обработки (ВТМО), которая существенно повышает прочность сталей и предотвращает хрупкое разрушение изделий. В 1955-1956 гг. вышли первые работы по ВТМО: Смирнов Л.В., Соколков Е.Н., Садовский В.Д. Влияние пластической деформации в аустенитном состоянии на хрупкость при отпуске конструкционных легированных сталей // ДАН СССР, 1955, т. 103, № 4, с. 609-610 и Смирнов Л.В., Соколков Е.Н., Садовский В.Д. Влияние пластической деформации в аустенитном состоянии на явления хрупкости при отпуске конструкционных легированных сталей // Труды ИФМ УФАН СССР, 1956, вып. 18, с. 36-56.

В содружестве с соратниками К.А. Малышевым и Б.Г. Сазоновым В.Д. Садовский открыл явление структурной наследственности в стали при нагреве, продолжив и углубив идеи Д. К. Чернова. Внес выдающийся вклад в решение проблемы влияния магнитного поля на мартенситное превращение в стали, чем заслужил мировое признание. В ноябре 1968 г. В.Д. Садовский был избран членом-корреспондентом АН СССР, а 24 ноября 1970 г. – действительным членом (академиком) АН СССР. 6 апреля 1982 г. В.Д. Садовский был назначен заведующим отделом прочности и пластичности. С 6 апреля 1982 г. по 24 ноября 2008 г. лабораторией физического металловедения заведовал доктор технических наук (1977 г.), профессор (1987 г.) Вадим Михайлович Счастливцев. На этой должности 15 декабря 1990 г. он был избран членом-корреспондентом АН СССР по специальности «Металловедение», а в 22 мая 2003 г. – действительным членом (академиком) РАН по специальности «Физикохимия и технология неорганических материалов».

Основные труды В.М. Счастливцева касаются изучения явления структурной наследственности стали при нагреве, исследования структуры реечного мартенсита, разработки новой концепции мартенситного и бейнитных превращений. В работах, проведенных под руководством В.М. Счастливцева, экспериментально установлен ступенчатый характер полиморфного гамма-альфа превращения в сплавах на основе железа в зависимости от скорости охлаждения. Обнаружено существование низкотемпературного перлита при температурах ниже бейнитного превращения. При изучении структуры и свойств «свежего» перлита экспериментально показано наличие твердорастворного упрочнения ферритной составляющей перлита. Установлено, что углеродистые стали с такой структурой имеют высокий комплекс механических свойств и очень высокую износостойкость. Результаты исследований, выполненных Счастливцевым В.М. и его учениками, используются для совершенствования режимов термической обработки стали с целью повышения ударной вязкости и прочности изделий.

С 24 ноября 2008 г. лабораторией физического металловедения заведовала доктор технических наук Татьяна Иннокентьевна Табатчикова. В сентябре 2008 г. она защитила докторскую диссертацию, касающуюся исследования перекристаллизации, фазовых и структурных превращений в сталях в условиях сверхбыстрого лазерного нагрева и быстрого сварочного нагрева. Вместе с соавторами исследовала изменение кристаллической структуры цементита в высокоуглеродистой стали при дополнительном отжиге, занималась разработкой высокопрочных низкоуглеродистых свариваемых сталей.

С июля 2019 г.  заведующим лабораторией является ведущий научный сотрудник, кандидат технических наук  Хлебникова Юлия Валентиновна.